JPH0969637A - ダイオード - Google Patents
ダイオードInfo
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- JPH0969637A JPH0969637A JP24520195A JP24520195A JPH0969637A JP H0969637 A JPH0969637 A JP H0969637A JP 24520195 A JP24520195 A JP 24520195A JP 24520195 A JP24520195 A JP 24520195A JP H0969637 A JPH0969637 A JP H0969637A
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- layers
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- type semiconductor
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Abstract
速でソフトな逆回復特性のダイオードを提供することで
ある。 【解決手段】 本発明によるダイオードは、n型半導体
基板11の一方の主表面に設けられアノード領域となる
n+層12a〜dと、他の主表面に設けられカソード領
域となる表面p+層13a〜dと、各表面p+層13a
〜dの直下に位置すると共に接触若しくは重なり合う様
にn型半導体基板11の内部に設けられた埋込みp+層
14a〜dと、前記一方の主表面上に設けられたアノー
ド電極15と、前記他の主表面上に設けられたカソード
電極16とからなる。
Description
e Width Modulation)、ZCS(Zero CurrentSwitchin
g )、ZVS(Zero Voltage Switching)方式等のスイ
ッチング回路に用いられる整流ダイオ−ドに関し、特に
高速の逆回復特性を有する高耐圧ダイオードに関する。
ド110を説明する。ダイオード110は、n型半導体
基板111の一方の表面上に設けられたn+層112
と、n型半導体基板111の他方の表面上に設けられた
p+層113と、p+層113上に設けられたアノード
電極114と、n+層112上に設けられたカソード電
極115とからなる。このダイオード110は、アノー
ドとなるp+層113及びカソードとなるn+層112
はそれぞれn型半導体基板111の全面に亘って形成さ
れた構造である。そのため、導通状態でn型半導体基板
111内に注入されるキャリアは非常に多くなる。それ
ゆえ、ダイオード110を高速で動作させる場合には、
非常に強いライフタイムコントロ−ル、例えばAuまた
はPt等の重金属拡散、電子線照射あるいはγ線照射等
を行いキャリアの再結合を実施する必要がある。しかし
ながら反面、ライフタイムコントロールは、逆方向電圧
印加時のリーク電流を増大させ逆電圧損失の増加を引き
起こす。特に、Au拡散の場合は高濃度拡散層にAuが
集中的に分布するためリーク電流が大きく、Pt拡散の
場合は順方向電流通電時の順方向電圧降下が大きくなる
ので導通損失が非常に大きくなる。また、高周波動作時
には、逆回復損失による発熱が大きくなり、損失の局部
集中などによる素子破壊などが問題となっていた。
号記載のダイオード120を説明する。図7に示される
ようにダイオード120は、n型半導体基板111と、
n型半導体基板111の一方の表面上に設けられたn+
層112と、n型半導体基板111の他方の表面から選
択的に設けられたアノードとなるp+層121と、互い
に隣接するp+層121の間に位置しn型半導体基板1
11の前記他方の表面に浅く設けられたp−層122
と、p−層122の下方に位置しn型半導体基板111
の内部に設けられたp層123と、p+層121及びp
−層122上に設けられたアノード電極114と、n+
層112上に設けられたカソード電極115とからな
る。
0に比べて導通時及び逆回復時における素子特性は若干
良好ではあるが、カソードの構造がn型半導体基板11
1のキャリアの注入源となるn+層112がn型半導体
基板111の全面に渡って形成されているため、導通時
および逆回復時における素子特性は顕著には見られな
い。すなわち、アノード或いはカソードのいずれか一方
の構造を最適化しても、所望のスイッチング特性を得る
ことは困難である。従って、ライフタイムコントロール
を実施することが必要不可欠となり、ダイオード110
と同様の問題が生じる。
イオード130を説明する。図8に示されるようにダイ
オード130は、n型半導体基板111と、n型半導体
基板111の一方の表面から選択的に設けられたn+層
131と、n型半導体基板111の他方の表面から選択
的に設けられたp+層132と、n型半導体基板111
の露出した表面部分及びp+層132上に設けられたア
ノード電極114と、n型半導体基板111の露出した
表面部分及びn+層131上に設けられたカソード電極
115とからなる。アノード電極114は、p+層13
2の部分ではオ−ミック接触すると共に、n型半導体基
板111の露出した表面部分ではショットキー接合を形
成する構造である。
存在しているため、図2に示されるように逆電圧が低い
領域から大きなリ−ク電流が発生し2500V級以上の
高耐圧素子には適さない。構造による最適化がなされて
いないため、オン電圧、逆電流特性および逆回復特性相
互の特性を充分に考慮した応用装置への吟味が必要であ
った。
オード140が提案されている。図9に示されるように
ダイオード140は、n型半導体基板111と、n型半
導体基板111の一方の表面から選択的に設けられたn
+層141と、n型半導体基板111の他方の表面から
選択的に設けられたp+層142と、p+層142上に
設けられたアノード電極114と、n+層141上に設
けられたカソード電極115とからなる。個々のp+層
142はその不純物濃度が中心から円周端に向かって低
くなる濃度勾配に形成されており、隣接するp+層14
2は互いに接するか若しくは重なり合う様な波型構造で
ある。また、n+層141も同様の波型構造である。
に比べて、図2に示されるように逆電圧が低い領域から
発生するリーク電流が大幅に小さく抑えられ、しかも3
500V等の高耐圧を有しつつ高速で低損失な逆回復特
性を有する。しかしながら、隣接するP+層142の間
隔Wがn型半導体基板111の内部に向かうに従って大
きくなるため、僅かながら比較的低い逆方向電圧からリ
ーク電流が発生している。
ード110は逆方向電流電圧特性に優れた高耐圧ダイオ
ードであるが、非常に強いライフタイムコントロ−ルを
施す必要があるため、それにより逆回復特性等の素子特
性の悪化を招いていた。また、ダイオード140は高速
で低損失な逆回復特性を有する高耐圧ダイオードである
が、リーク電流が逆方向電圧の低い領域から除々に発生
しており、ダイオード110と同レベルにまで抑制する
が望ましい。
ャリアのライフタイムコントロールを極力抑えながら、
高速の逆回復特性を有すると共に、リーク電流の発生を
抑えた良好な逆方向電流電圧特性を有する高耐圧ダイオ
ードを提供することを目的とする。
は、一導電型の第1の半導体層と、該第1の半導体層の
一方の主表面から選択的に設けられた反対導電型の複数
の第2の半導体層と、前記第2の半導体層の直下に位置
するように前記第1の半導体層の内部に埋め込まれた反
対導電型の複数の第3の半導体層とを有する。前記第2
の半導体層と前記第3の半導体層とは、接触若しくは重
なり合う領域を有する位置、あるいは一定の距離をおい
た位置関係に配置される。いずれにしても、前記第2の
半導体層と前記第3の半導体層とは、ほぼ同電位となる
ように配置される。また、前記複数の第2の半導体層に
隣接するように前記第1の半導体層の前記一方の主表面
に選択的に、前記第1の半導体層よりも高い不純物濃度
の一導電型の第4の半導体層を設けることもできる。
して説明する。
10を説明する。図1に示されるように、ダイオード1
0は、n型半導体基板11と、該n型半導体基板11の
一方の主表面から内部に設けられたn+層12a,12
b,12c及び12dと、n型半導体基板11の他の主
表面から内部に設けられた表面p+層13a,13b,
13c及び13dと、各表面p+層13a〜dの直下に
位置すると共に接触若しくは重なり合う様にn型半導体
基板11の内部に設けられた埋込みp+層14a,14
b,14c及び14dと、表面p+層13a〜d上及び
n型半導体基板11の前記他の主表面の露出した部分上
に設けられたアノード電極15と、n+層12a〜12
d上に設けられたカソード電極16とからなる。これら
表面p+層13a〜dと埋込みp+層14a〜dとはア
ノード領域を構成し、n+層12a〜dはカソード領域
を構成する。なお、n+層12a〜dは互いに隣接若し
くは重なりあった波型断面形状に形成されているが、こ
の形状にかぎらず最適化された構造であれば構わない。
+層13a〜dの直下に埋込みp+層14a〜dを設け
た構造、例えば表面p+層13bの直下に埋込みp+層
14bを配置した構造である。隣接する埋込みp+層1
4a〜dそれぞれの間には、静電誘導効果が強く働き、
例えば、埋込みp+層14bと埋込みp+層14cとの
最小距離における中点部分(同図中の*印部分)と、埋
込みp+層14b,14cとの電位差は小さくなる。し
かも3500V程度の逆方向電圧を印加したとしても、
*印部分と埋込みp+層14との間の電位差はほぼ0V
に維持される。その結果、*印部分の電位はアノード電
極15とほぼ同電位に維持され、逆方向電圧印加時に発
生するリーク電流を大幅に低減することができる。
2より説明する。同図中、実線10は本発明によるダイ
オード10、破線110は従来のダイオード110、破
線130は従来のダイオード130及び破線140は従
来のダイオード140の特性を示す。同図に示されるよ
うに、ダイオード10におけるリーク電流は逆方向電圧
が3500V程度までほぼ0Vに抑えられており、ダイ
オード140に比べて大幅にリーク電流が低減される。
より説明する。同図中、実線10は本発明によるダイオ
ード10、破線110は従来のダイオード110及び破
線120は従来のダイオード120の特性を示す。同図
に示されるように、ダイオード10は、ダイオード11
0及び120に比べて、逆回復時間が短縮され且つより
ソフトなリカバリーになっており、優れた逆回復特性を
有する。図2乃至図3より明らかなように、ダイオード
10は逆方向電流電圧特性と逆回復特性との両方に優れ
たダイオードである。
4を表面p+層13の直下に配置することにより、埋込
みp+層14は表面p+層13との距離が最も近くな
り、電位差をほぼ零にすることができる。また、埋込み
p+層14a〜dにおいて互いに隣接する埋込みp+層
14間の距離は、アノード・カソード間に定格電圧を印
加した状態で、*印部分(図1)と埋込みp+層14と
の電位がほぼ等しくなるように比較的狭く設定される。
に隣接する表面p+層13間の間隔を広げて形成するこ
とができる。表面p+層13間の間隔を広げると、逆回
復動作時に処理できる電子の量が増加するため、逆回復
電流が小さくなり逆回復時間が短くなると同時にソフト
リカバリー化が促進される。通常、表面p+層14間の
間隔を広げることはリーク電流を増加させ耐圧の低下に
つながる。しかし、ダイオード10では、埋込みp+層
13の存在により、表面p+層14間の間隔を拡げても
逆方向電流電圧特性は変化なく、リーク電流は小さく保
たれ、耐圧の低下を招くことはない。すなわち、本発明
によれば、良好な逆方向電流電圧特性を保ちつつ、逆回
復特性を改善することが可能となる。
てダイオード20を図4より説明する。ただし、ダイオ
ード10と異なるところのみを説明する。ダイオード2
0では、埋込みp+層21a〜dを表面p+層13a〜
dの直下に一定の距離を有するようにそれぞれ設ける。
それら埋込みp+層21と表面p+層13とは、一定の
距離を離れて存在してもほぼ同電位で動作するように配
置される。それによりダイオード20は、ダイオード1
0と同様の動作原理で動作し同様の効果を得ることがで
きる。
てダイオード30を図5より説明する。ただし、ダイオ
ード10と異なるところのみを説明する。ダイオード3
0では、互いに隣接する表面p+層13a〜d間の相補
的な位置にn型半導体基板11より高い不純物濃度のn
層31a〜cをそれぞれ配置し、例えば、表面p+層1
3bと表面p+層13cとの間にn層31bを設ける。
n層31を設けることにより、逆回復動作時におけるア
ノード電極での電子の処理がダイオード10に比べて活
発になり、逆回復特性をより改善することができる。ま
た、n層31を配置しても埋込みp+層14の存在によ
り、ダイオード10と同様にリーク電流の極めて小さい
良好な逆方向電流電圧特性を得ることができる。なお、
ダイオード20の構造にn層31を設けた場合も同様で
ある。
0及びダイオード30にライフタイムコントロールを施
してもよい。ライフタイムコントロールとして、Au拡
散、Pt拡散等の重金属拡散や、電子線照射、γ線照
射、或いはH+(プロトン)、He等のイオン注入等を
行う。ダイオード10,20及び30は、アノード・カ
ソード両方の接合構造を最適化しているため、従来のよ
うに極めて強いライフタイムコントロールを施す必要は
ない。従って、ライフタイムコントロールによる悪影響
は現れず、特に100℃を越えるような高い温度状況下
でも安定した動作を維持することができる。
体基板としてn型半導体でなく真性半導体を用いたとし
ても、あるいは全ての半導体領域の導電型が全く逆にな
ったとしても、動作原理はなんら変わるところはなく、
同様の結果が得られることは極めて明白である。
領域となる表面p+層の直下に埋込みp+層を設けた構
造であるため、静電誘導効果が強く作用し、逆方向電流
電圧特性におけるリーク電流を大幅に低減できる。更
に、表面p+層相互の間隔を拡げることで、逆回復特性
をより改善することができる。また、それら表面p+層
相互の間隔は、それを形成するためのフォトマスクを変
更するだけで設定できるため、極めて簡単な手段により
所望の逆回復特性を得ることができる。
面図である。
ドを比較した逆方向電流電圧特性図である。
ドを比較した逆回復電流特性図である。
面図である。
面図である。
である。
である。
である。
である。
Claims (5)
- 【請求項1】 一対の主表面を有する一導電型の第1の
半導体層と、前記第1の半導体層の一方の主表面から選
択的に設けられた反対導電型の複数の第2の半導体層
と、前記複数の第2の半導体層の直下にそれぞれ位置す
るように前記第1の半導体層の内部に設けられた反対導
電型の複数の第3の半導体層とを有することを特徴とす
るダイオード。 - 【請求項2】 前記複数の第2の半導体層と前記複数の
第3の半導体層とは、接触若しくは重なり合う領域を有
することを特徴とする請求項1記載のダイオード。 - 【請求項3】 前記複数の第2の半導体層と前記複数の
第3の半導体層とは、ある一定の距離を有することを特
徴とする請求項1記載のダイオード。 - 【請求項4】 前記第1の半導体層の前記一方の主表面
に前記複数の第2の半導体層に隣接するように選択的に
設けられ、前記第1の半導体層よりも高い不純物濃度の
一導電型の第4の半導体層を有することを特徴とする請
求項1記載のダイオード。 - 【請求項5】 前記第1の半導体層の他方の主表面から
選択的に設けられた一導電型の第5の半導体層を有する
ことを特徴とする請求項1記載のダイオード。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24520195A JP2961643B2 (ja) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24520195A JP2961643B2 (ja) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | ダイオード |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0969637A true JPH0969637A (ja) | 1997-03-11 |
JP2961643B2 JP2961643B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=17130134
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24520195A Expired - Lifetime JP2961643B2 (ja) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | ダイオード |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2961643B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003051601A (ja) * | 2001-08-03 | 2003-02-21 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置 |
JP2003092416A (ja) * | 2001-09-19 | 2003-03-28 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2005012150A (ja) * | 2003-06-20 | 2005-01-13 | Semiconductor Res Found | 静電誘導ダイオード |
-
1995
- 1995-08-31 JP JP24520195A patent/JP2961643B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003051601A (ja) * | 2001-08-03 | 2003-02-21 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置 |
JP2003092416A (ja) * | 2001-09-19 | 2003-03-28 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2005012150A (ja) * | 2003-06-20 | 2005-01-13 | Semiconductor Res Found | 静電誘導ダイオード |
JP4686782B2 (ja) * | 2003-06-20 | 2011-05-25 | 国立大学法人東北大学 | 静電誘導ダイオード |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2961643B2 (ja) | 1999-10-12 |
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