JPH10200132A - 高速ダイオード - Google Patents
高速ダイオードInfo
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- JPH10200132A JPH10200132A JP322897A JP322897A JPH10200132A JP H10200132 A JPH10200132 A JP H10200132A JP 322897 A JP322897 A JP 322897A JP 322897 A JP322897 A JP 322897A JP H10200132 A JPH10200132 A JP H10200132A
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- region
- semiconductor
- anode
- speed diode
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高濃度のｎ+ サブストレート上のｎエピタキシ
ャル層の表面層に選択的にｐ+ アノード領域が形成さ
れ、ライフタイムキラーが導入された高速ダイオードに
おいて、低ノイズ化を図る。 【解決手段】ｐ+ アノード領域を、高不純物濃度、浅い
拡散深さの第一ｐ+アノード領域４と、低不純物濃度、
深い拡散深さの第二ｐアノード領域５とを重複したもの
とする。低不純物濃度の第二ｐアノード領域５を設ける
ことによって、順バイアス状態での第二ｐアノード領域
５からｉ層９への少数キャリアの注入が抑えられ、蓄積
キャリアが少なくなるため、逆バイアス状態に切り換え
た時、過渡現象である逆電流が小さくなり、また逆回復
時間が短くなって、電子装置に使用した場合に低ノイズ
となる。
ャル層の表面層に選択的にｐ+ アノード領域が形成さ
れ、ライフタイムキラーが導入された高速ダイオードに
おいて、低ノイズ化を図る。 【解決手段】ｐ+ アノード領域を、高不純物濃度、浅い
拡散深さの第一ｐ+アノード領域４と、低不純物濃度、
深い拡散深さの第二ｐアノード領域５とを重複したもの
とする。低不純物濃度の第二ｐアノード領域５を設ける
ことによって、順バイアス状態での第二ｐアノード領域
５からｉ層９への少数キャリアの注入が抑えられ、蓄積
キャリアが少なくなるため、逆バイアス状態に切り換え
た時、過渡現象である逆電流が小さくなり、また逆回復
時間が短くなって、電子装置に使用した場合に低ノイズ
となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
等の高周波駆動装置に使用される高速ダイオード特に低
ノイズ型の高速ダイオードに関する。
等の高周波駆動装置に使用される高速ダイオード特に低
ノイズ型の高速ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来の高速ダイオードの断面図で
ある。低抵抗のｎ+ サブストレート１上に高抵抗のｎエ
ピタキシャル層２を成長したエピタキシャルウェハを用
い、そのｎエピタキシャル層２の表面層にｐ型不純物を
拡散したｐ+ アノード領域３が形成されている。６は酸
化膜、７はアノード電極、８はカソード電極である。
ある。低抵抗のｎ+ サブストレート１上に高抵抗のｎエ
ピタキシャル層２を成長したエピタキシャルウェハを用
い、そのｎエピタキシャル層２の表面層にｐ型不純物を
拡散したｐ+ アノード領域３が形成されている。６は酸
化膜、７はアノード電極、８はカソード電極である。
【０００３】従来、低ノイズ型の高速ダイオードとして
は、逆回復時間を長くしたソフトリカバリー型の高速ダ
イオードが多く用いられた。そのようなソフトリカバリ
ー型の高速ダイオードでは、ライフタイムキラーを導入
するとともにｐ+ アノード領域３とｎ+ サブストレート
１との間の低濃度領域（以下ｉ層９と記す）を必要以上
に厚くしてキャリアの再結合を促している。例えば、こ
の高速ダイオードでは、耐圧上、ｉ層９の厚さは１７μ
ｍ以上であればよいが実際の素子では、４０μｍとして
いる。
は、逆回復時間を長くしたソフトリカバリー型の高速ダ
イオードが多く用いられた。そのようなソフトリカバリ
ー型の高速ダイオードでは、ライフタイムキラーを導入
するとともにｐ+ アノード領域３とｎ+ サブストレート
１との間の低濃度領域（以下ｉ層９と記す）を必要以上
に厚くしてキャリアの再結合を促している。例えば、こ
の高速ダイオードでは、耐圧上、ｉ層９の厚さは１７μ
ｍ以上であればよいが実際の素子では、４０μｍとして
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ｉ層９を厚く
しているため、この高速ダイオードでは順方向電圧（Ｖ
F ）が大きく、通電時の順損失が大きくなる。また、逆
回復時間が長いため、スイッチング損失も増加して、そ
れらの損失が無視できず、しかも、高周波動作に影響が
でるという問題があった。
しているため、この高速ダイオードでは順方向電圧（Ｖ
F ）が大きく、通電時の順損失が大きくなる。また、逆
回復時間が長いため、スイッチング損失も増加して、そ
れらの損失が無視できず、しかも、高周波動作に影響が
でるという問題があった。
【０００５】本発明の課題は、スイッチング損失や順損
失を増加させることなく、高周波で駆動可能な低ノイズ
型の高速ダイオードを提供することにある。
失を増加させることなく、高周波で駆動可能な低ノイズ
型の高速ダイオードを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、高濃度の不純物を含む第一導電型の第一半
導体領域上に、低不純物濃度の第一導電型の第二半導体
領域が形成され、その第二半導体領域の表面層に第二導
電型の第三半導体領域が形成され、前記第一半導体領域
と第三半導体領域にそれぞれ電極が設けられ、ライフタ
イムキラーが導入された高速ダイオードにおいて、前記
第三半導体領域と第二の半導体領域との間に第三半導体
領域より低不純物濃度の第二導電型の第四半導体領域を
有するものとする。
に本発明は、高濃度の不純物を含む第一導電型の第一半
導体領域上に、低不純物濃度の第一導電型の第二半導体
領域が形成され、その第二半導体領域の表面層に第二導
電型の第三半導体領域が形成され、前記第一半導体領域
と第三半導体領域にそれぞれ電極が設けられ、ライフタ
イムキラーが導入された高速ダイオードにおいて、前記
第三半導体領域と第二の半導体領域との間に第三半導体
領域より低不純物濃度の第二導電型の第四半導体領域を
有するものとする。
【０００７】順バイアス状態から逆バイアス状態へのス
イッチング時において、第三半導体領域と第二の半導体
領域との間に第三半導体領域より低不純物濃度の第二導
電型の第四半導体領域が有るため、順バイアス時にｉ層
に蓄積される少数キャリアが少なく、逆回復電流が小さ
くなる。また、逆回復時間が短くなるので、高周波動作
が可能となる。更に、ｉ層の厚さも必要以上に厚くする
必要がないため、通電時の順電圧（ＶF ）、従って順損
失が大きくならない。
イッチング時において、第三半導体領域と第二の半導体
領域との間に第三半導体領域より低不純物濃度の第二導
電型の第四半導体領域が有るため、順バイアス時にｉ層
に蓄積される少数キャリアが少なく、逆回復電流が小さ
くなる。また、逆回復時間が短くなるので、高周波動作
が可能となる。更に、ｉ層の厚さも必要以上に厚くする
必要がないため、通電時の順電圧（ＶF ）、従って順損
失が大きくならない。
【０００８】特に、第三半導体領域の不純物総量と第四
半導体領域のそれとの比が５０：１〜１０：１の範囲に
あるものがよい。１０倍以上の差があれば、顕著な二重
の不純物プロフィルが形成される。但し第四半導体領域
が第三半導体領域の５０分の１よりも低濃度であると、
濃度が低すぎて、深い拡散領域の形成が困難になる。
半導体領域のそれとの比が５０：１〜１０：１の範囲に
あるものがよい。１０倍以上の差があれば、顕著な二重
の不純物プロフィルが形成される。但し第四半導体領域
が第三半導体領域の５０分の１よりも低濃度であると、
濃度が低すぎて、深い拡散領域の形成が困難になる。
【０００９】更に、第三半導体領域の厚さと第四半導体
領域のそれとの比が０．８：１．２〜１．２：０．８の
範囲にあるものがよい。低濃度である第四半導体領域が
機能するために、ある程度の厚さが必要であり、第三領
域とほぼ１対１を基本にし、その前後２０％程度が適当
である。また、前記ライフタイムキラーが前記第二半導
体領域と第四半導体領域とで形成されるｐｎ接合部付近
に集中的に存在し、前記第二半導体領域のｐｎ接合から
１／２程度の厚さまでの部分のキャリアのライフタイム
が短く、かつ残りの部分のライフタイムが長いというラ
イフタイムプロファイルを形成しているものがよい。
領域のそれとの比が０．８：１．２〜１．２：０．８の
範囲にあるものがよい。低濃度である第四半導体領域が
機能するために、ある程度の厚さが必要であり、第三領
域とほぼ１対１を基本にし、その前後２０％程度が適当
である。また、前記ライフタイムキラーが前記第二半導
体領域と第四半導体領域とで形成されるｐｎ接合部付近
に集中的に存在し、前記第二半導体領域のｐｎ接合から
１／２程度の厚さまでの部分のキャリアのライフタイム
が短く、かつ残りの部分のライフタイムが長いというラ
イフタイムプロファイルを形成しているものがよい。
【００１０】そのようにすれば、ｐｎ接合付近ではライ
フタイムを短く制御しているため少数キャリアの消滅が
速いが、第一半導体領域に近い側ではライフタイムが長
いため少数キャリアの消滅が遅くなり、ソフトリカバリ
ー化する。そして、前記第三半導体領域と第四半導体領
域との厚さの和が４〜１０μｍであるものとする。
フタイムを短く制御しているため少数キャリアの消滅が
速いが、第一半導体領域に近い側ではライフタイムが長
いため少数キャリアの消滅が遅くなり、ソフトリカバリ
ー化する。そして、前記第三半導体領域と第四半導体領
域との厚さの和が４〜１０μｍであるものとする。
【００１１】低濃度である第四半導体領域が機能するた
めに、キャリアの拡散長の数倍の厚さが必要である。一
方、余り厚すぎると第四半導体領域での順方向損失が増
大する。
めに、キャリアの拡散長の数倍の厚さが必要である。一
方、余り厚すぎると第四半導体領域での順方向損失が増
大する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図３と同じ部分に同じ符号
を付した図を参照しながら本発明の実施例について説明
する。 ［実施例１］図１は、本発明第一の実施例の高速ダイオ
ードの断面図である。
を付した図を参照しながら本発明の実施例について説明
する。 ［実施例１］図１は、本発明第一の実施例の高速ダイオ
ードの断面図である。
【００１３】図において、高濃度の砒素を含むｎ+ サブ
ストレート１上に高抵抗のｎエピタキシャル層２を成長
したエピタキシャルウェハを用いている。ｎ+ サブスト
レート１の比抵抗は０．００３Ωｃｍ、厚さ２７０μ
ｍ、ｎエピタキシャル層２の比抵抗は５Ωｃｍ、厚さ３
０μｍである。そのｎエピタキシャル層２の表面層に、
ほう素イオンの注入およびその後の拡散により、第一ｐ
+ アノード領域４と第二ｐアノード領域５とが選択的に
重複して形成されている。第一ｐ+ アノード領域４は表
面不純物濃度が高く、拡散深さは浅いが、第二ｐアノー
ド領域５は表面不純物濃度が低く、拡散深さが深い。第
一ｐ+ アノード領域４の表面不純物濃度は３×１０19ｃ
ｍ-3、拡散深さは４μｍ、第二ｐアノード領域５のそれ
らは、６×１０17ｃｍ-3、拡散深さは８μｍである。こ
のとき不純物の総量の比としては、約２５対１である。
ストレート１上に高抵抗のｎエピタキシャル層２を成長
したエピタキシャルウェハを用いている。ｎ+ サブスト
レート１の比抵抗は０．００３Ωｃｍ、厚さ２７０μ
ｍ、ｎエピタキシャル層２の比抵抗は５Ωｃｍ、厚さ３
０μｍである。そのｎエピタキシャル層２の表面層に、
ほう素イオンの注入およびその後の拡散により、第一ｐ
+ アノード領域４と第二ｐアノード領域５とが選択的に
重複して形成されている。第一ｐ+ アノード領域４は表
面不純物濃度が高く、拡散深さは浅いが、第二ｐアノー
ド領域５は表面不純物濃度が低く、拡散深さが深い。第
一ｐ+ アノード領域４の表面不純物濃度は３×１０19ｃ
ｍ-3、拡散深さは４μｍ、第二ｐアノード領域５のそれ
らは、６×１０17ｃｍ-3、拡散深さは８μｍである。こ
のとき不純物の総量の比としては、約２５対１である。
【００１４】図１のような接合構造を形成後、ライフタ
イムキラーの導入のため金の拡散をおこなった。更に、
アルミニウム合金の蒸着およびフォトリソグラフィによ
り、アノード電極７、チタン／ニッケル／金の蒸着によ
りカソード電極８を形成した。この高速ダイオードにお
いて、逆回復特性を測定したところ、図３に示した従来
の高速ダイオードに比べ、逆回復電流が１／２、逆回復
時間（ｔrr）は、２／３になった。これは、第二ｐアノ
ード領域５の不純物濃度が低いため順バイアス状態で第
二ｐアノード領域５からｉ層９に注入される正孔が少な
く、ｉ層９に蓄積される少数キャリアも、少なくなるた
めである。そのため順バイアス状態から逆バイアス状態
に切り換えた場合の過渡現象である逆電流が小さく、逆
回復時間が短くなって、高周波動作が可能となる。また
この場合、ｉ層の厚さを必要以上に厚くする必要がな
く、順電圧も小さく、順損失が大きくなることがない。
イムキラーの導入のため金の拡散をおこなった。更に、
アルミニウム合金の蒸着およびフォトリソグラフィによ
り、アノード電極７、チタン／ニッケル／金の蒸着によ
りカソード電極８を形成した。この高速ダイオードにお
いて、逆回復特性を測定したところ、図３に示した従来
の高速ダイオードに比べ、逆回復電流が１／２、逆回復
時間（ｔrr）は、２／３になった。これは、第二ｐアノ
ード領域５の不純物濃度が低いため順バイアス状態で第
二ｐアノード領域５からｉ層９に注入される正孔が少な
く、ｉ層９に蓄積される少数キャリアも、少なくなるた
めである。そのため順バイアス状態から逆バイアス状態
に切り換えた場合の過渡現象である逆電流が小さく、逆
回復時間が短くなって、高周波動作が可能となる。また
この場合、ｉ層の厚さを必要以上に厚くする必要がな
く、順電圧も小さく、順損失が大きくなることがない。
【００１５】［実施例２］接合構造の形成までは、実施
例１と同じであるが、ライフタイムキラーの導入をプロ
トン照射でおこなった。加速電圧は６ＭｅＶとし、照射
後３００℃でアニールした。なお照射時アルミニウム板
でマスクして、ライフタイムキラーの導入位置を、ｉ層
９の第二ｐアノード領域５寄りの位置に調節した。
例１と同じであるが、ライフタイムキラーの導入をプロ
トン照射でおこなった。加速電圧は６ＭｅＶとし、照射
後３００℃でアニールした。なお照射時アルミニウム板
でマスクして、ライフタイムキラーの導入位置を、ｉ層
９の第二ｐアノード領域５寄りの位置に調節した。
【００１６】図２は広がり抵抗法で測定したアニール後
のｎエピタキシャル層２内の抵抗分布の図である。ライ
フタイムキラーが多い程広がり抵抗が増大するので、こ
の抵抗分布は、ライフタイムキラーの分布を示している
と考えることができる。すなわちｉ層９のｐアノード領
域４よりの位置にライフタイムキラーが分布しているこ
とになる。この二段のライフタイムの比は１：５程度と
なっている。
のｎエピタキシャル層２内の抵抗分布の図である。ライ
フタイムキラーが多い程広がり抵抗が増大するので、こ
の抵抗分布は、ライフタイムキラーの分布を示している
と考えることができる。すなわちｉ層９のｐアノード領
域４よりの位置にライフタイムキラーが分布しているこ
とになる。この二段のライフタイムの比は１：５程度と
なっている。
【００１７】この高速ダイオードにおいて、逆回復特性
を測定したところ、図３に示した従来の高速ダイオード
に比べ、逆回復電流が１／４、逆回復時間（ｔrr）は、
１／２になった。この例では、ｐｎ接合付近では、ライ
フタイムを短く制御しているため少数キャリアの消滅が
速いが、ｎ+ サブストレートに近い側ではライフタイム
が長いため少数キャリアの消滅が遅くなり、ソフトリカ
バリー化するのである。絶対的な逆回復時間は短くなる
ため、高周波で動作が可能で、かつ逆回復が従来よりソ
フトリカバリー型になっているため、電子装置に使用し
た際には低ノイズ化される。
を測定したところ、図３に示した従来の高速ダイオード
に比べ、逆回復電流が１／４、逆回復時間（ｔrr）は、
１／２になった。この例では、ｐｎ接合付近では、ライ
フタイムを短く制御しているため少数キャリアの消滅が
速いが、ｎ+ サブストレートに近い側ではライフタイム
が長いため少数キャリアの消滅が遅くなり、ソフトリカ
バリー化するのである。絶対的な逆回復時間は短くなる
ため、高周波で動作が可能で、かつ逆回復が従来よりソ
フトリカバリー型になっているため、電子装置に使用し
た際には低ノイズ化される。
【００１８】照射されるライフタイムキラーとしては、
プロトンの他に電子線、Ｈｅ等でもよい。
プロトンの他に電子線、Ｈｅ等でもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
二導電型の第三半導体領域と第一導電型で不純物濃度の
低い第二半導体領域との間に第三半導体領域より低不純
物濃度の第二導電型の第四半導体領域を設けることによ
って、順バイアス状態での第二導電型の領域から第二半
導体領域への少数キャリアの注入が抑えられ、蓄積キャ
リアが少なくなるため、逆バイアス状態に切り換えた場
合、過渡現象である逆電流が小さくなり、また逆回復時
間が短くなる。
二導電型の第三半導体領域と第一導電型で不純物濃度の
低い第二半導体領域との間に第三半導体領域より低不純
物濃度の第二導電型の第四半導体領域を設けることによ
って、順バイアス状態での第二導電型の領域から第二半
導体領域への少数キャリアの注入が抑えられ、蓄積キャ
リアが少なくなるため、逆バイアス状態に切り換えた場
合、過渡現象である逆電流が小さくなり、また逆回復時
間が短くなる。
【００２０】更に、第二半導体領域でのライフタイムプ
ロファイルを制御することにより、ｐｎ接合付近での少
数キャリアの消滅が速く、第一半導体領域に近い側では
少数キャリアの消滅が遅くなるようにすることにより、
ソフトリカバリー型の高速ダイオードとなる。逆回復時
間が短くなるため、高周波で動作が可能で、かつ逆回復
をソフトリカバリー化することによって、低ノイズ化さ
れ、しかも順損失やスイッチング損失を増大させない高
速ダイオードが得られる。
ロファイルを制御することにより、ｐｎ接合付近での少
数キャリアの消滅が速く、第一半導体領域に近い側では
少数キャリアの消滅が遅くなるようにすることにより、
ソフトリカバリー型の高速ダイオードとなる。逆回復時
間が短くなるため、高周波で動作が可能で、かつ逆回復
をソフトリカバリー化することによって、低ノイズ化さ
れ、しかも順損失やスイッチング損失を増大させない高
速ダイオードが得られる。
【図１】この発明の実施例１の高速ダイオードの断面図
【図２】この発明の実施例２の高速ダイオードのｉ層の
抵抗分布を示す図
抵抗分布を示す図
【図３】従来の高速ダイオードの断面図
１ ｎ+ サブストレート ２ ｎエピタキシャル層 ３ ｐ+ アノード領域 ４ 第一ｐ+ アノード領域 ５ 第二ｐアノード領域 ６ 酸化膜 ７ アノード電極 ８ カソード電極 ９ ｉ層
Claims (5)
- 【請求項１】高濃度の不純物を含む第一導電型の第一半
導体領域上に、低不純物濃度の第一導電型の第二半導体
領域が形成され、その第二半導体領域の表面層に第二導
電型の第三半導体領域が形成され、前記第一半導体領域
と第三半導体領域にそれぞれ電極が設けられ、ライフタ
イムキラーが導入された高速ダイオードにおいて、前記
第三半導体領域と第二の半導体領域との間に第三半導体
領域より低不純物濃度の第二導電型の第四半導体領域を
有することを特徴とする高速ダイオード。 - 【請求項２】第三半導体領域の不純物総量と第四半導体
領域のそれとの比が５０：１〜１０：１の範囲にあるこ
とを特徴とする請求項１記載の高速ダイオード。 - 【請求項３】第三半導体領域の厚さと第四半導体領域の
それとの比が０．８：１．２〜１．２：０．８の範囲に
あることを特徴とする請求項１または２に記載の高速ダ
イオード。 - 【請求項４】前記ライフタイムキラーが前記第二半導体
領域と第四半導体領域とで形成される接合部付近に集中
的に存在し、前記第二半導体領域の接合から１／２程度
の厚さまでの部分のキャリアのライフタイムが短く、か
つ残りの部分のライフタイムが長いというライフタイム
プロファイルを形成していることを特徴とする請求項１
ないし３のいずれかに記載の高速ダイオード。 - 【請求項５】前記第三半導体領域と第四半導体領域との
厚さの和が４〜１０μｍであることを特徴とする請求項
１ないし４のいずれかに記載の高速ダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP322897A JPH10200132A (ja) | 1997-01-10 | 1997-01-10 | 高速ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP322897A JPH10200132A (ja) | 1997-01-10 | 1997-01-10 | 高速ダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10200132A true JPH10200132A (ja) | 1998-07-31 |
Family
ID=11551602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP322897A Pending JPH10200132A (ja) | 1997-01-10 | 1997-01-10 | 高速ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10200132A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004039842A (ja) * | 2002-07-03 | 2004-02-05 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2006108346A (ja) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | チップ型半導体素子とその製造方法 |
| JP2006179823A (ja) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | サージ保護用半導体装置とその製造方法 |
| JP2007251003A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 半導体デバイス及びその製造方法 |
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| JP2009224794A (ja) * | 2002-02-20 | 2009-10-01 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
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-
1997
- 1997-01-10 JP JP322897A patent/JPH10200132A/ja active Pending
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