JPH1093114A - ダイオード - Google Patents

ダイオード

Info

Publication number
JPH1093114A
JPH1093114A JP24444196A JP24444196A JPH1093114A JP H1093114 A JPH1093114 A JP H1093114A JP 24444196 A JP24444196 A JP 24444196A JP 24444196 A JP24444196 A JP 24444196A JP H1093114 A JPH1093114 A JP H1093114A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor region
junction
diode
main surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP24444196A
Other languages
English (en)
Inventor
Sadataka Uchino
禎敬 内野
Naoki Sakurai
直樹 櫻井
Mutsuhiro Mori
森  睦宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP24444196A priority Critical patent/JPH1093114A/ja
Publication of JPH1093114A publication Critical patent/JPH1093114A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】順方向電圧の上昇を抑えかつ耐圧の低下を防止
しながら、ダイオードの逆回復電流を低下する。 【解決手段】pn接合を有する第1のダイオードとシュ
ットキー接合を有する第2のダイオードとを有するダイ
オードにおいて、第1のダイオードのp層の表面濃度を
1×1015cm~3以上1×1017cm~3以下にする。 【効果】逆回復電流が低減されるので、回路に発生する
はね上り電圧が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高耐圧・低損失で逆
回復電流の小さな高速ダイオードおよびその応用装置に
係わる。
【0002】
【従来の技術】図6は一般的な整流ダイオードが順方向
に電流を流している状態から阻止状態に変化する際の電
流・電圧波形を示す。まず、アノードに正、カソードに
負の電圧を加えて順方向に電流を流した状態から、アノ
ードに負、カソードに正と逆方向に電圧をかけると、n
~ 層に蓄積していたホールはアノード、電子はカソード
に向かって流れる。このとき電流はカソードからアノー
ドに向かって流れるため、逆回復電流と呼ばれる。この
逆回復電流は電力損失の原因となる。また、逆回復電流
の時間変化di/dtと配線の漂遊インダクタンスLに
より、跳ね上がり電圧L×di/dtが生じ、この電圧
が素子耐圧を越えると素子が破壊する。また、電圧振動
が発生しこれがノイズとなって回路の誤動作を引き起こ
す。このため逆回復電流は小さい方が望ましい。
【0003】図6に示すように逆回復電流のピーク値近
傍では電圧はほとんど加わっていない。従ってp+ ~
+ 接合を有するダイオードにおいて逆回復電流を低減
するにはpn接合近辺に蓄積されているキャリアを減ら
せばよい。pn接合付近に蓄積されるキャリアを低減す
る方法が、特開平6−3148 号公報で提案されている。こ
の方法ではp層の濃度を低減し、p層からn~ 層へのキ
ャリアの注入を減らし、pn接合近傍のキャリアを低減
することでリカバリ電流を低減している。また、この構
造ではP層濃度を低減することで順方向電圧降下
(VF )が大きくなるため、p+ 層の厚みを3μm以下
と浅くすることでVF の上昇を抑えている。図7に上記
従来のダイオードの断面図を示す。図において、1は互
いに反対側に位置する一対の主表面、11,12を有す
る半導体基体で、一方の主表面11に隣接するn+ 層1
3と、他方の主表面12に隣接するn+ 層13より低不
純物濃度のn~ 層14と他方の主表面12からn~ 層1
4内に延びるn~ 層より高不純物濃度のp層15から成
っている。2は一方の主表面11においてn+ 層にオー
ミックコンタクトする一方の主電極、3は他方の主表面
12においてp層15にオーミック接触する他方の主電
極である。p層17はp層アクティブ構造を環状に包囲
し、4は環状のp層17にオーミックに接触する電極
で、18は電極を相互に隔てるための絶縁物である。表
面のアノードは電界を緩和し耐圧を確保するFLR(Fi
eld Limitting Ring)部と、電流が流れるアクティブ領
域に分かれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来例ではVF の上昇
を抑えるため、アクティブ領域のp層の深さを浅くする
必要があった。通常FLR部のp層とアクティブ領域の
p層は同じ拡散層でつくるため、アクティブ領域のp層
の深さを浅くするとFLR部の接合も浅くなり、電界が
FLRの端部に集中して耐圧が低下するという問題があ
った。またこれを避けるためにFLR部のp層をアクテ
ィブ部のp層と分けて形成すると工程数が増加して製造
コストが上昇するという問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決する本発
明の特徴とするところは、pn接合からなる第1のダイ
オードとショットキー接合からなる第2のダイオードを
並設し、pn接合を構成する層の表面濃度を1×1015
cm~3以上1×1017cm~3以下とした点にある。具体的構
成としては、一方の主表面を有する第1導電型の第1の
半導体領域と、前記主表面の複数個の箇所から前記第1
の半導体領域内に伸びる第2導電型の半導体領域と、隣
接する前記第2の半導体領域にまたがり前記主表面より
前記第1の半導体領域に伸び深さが前記第2の半導体領
域より浅い第2導電型の第3の半導体領域と、前記第2
の半導体領域とオーミック接合を、前記第3の半導体領
域とショットキー接合をなし前記一方の主表面に形成さ
れた第1の電極と、前記第1の半導体領域と接し他方の
主表面を有する第1導電型の第4の半導体領域と、第4
の半導体領域と他方の主表面でオーミック接合を形成す
る第2の電極から構成し、耐圧と注入効率とリカバリ時
の空乏層の伸びを考慮して各層の不純物濃度と厚さを定
める際、第2の半導体領域の第1の主表面における濃度
を1×1015cm~3以上1×1017cm~3以下とする。
【0006】
【発明の実施の形態】図1は本発明半導体装置の一実施
例を示す断面図である。図において、1は互いに反対側
に位置する一対の主表面、11,12を有する半導体基
体で、一方の主表面11に隣接するn+ 層13と、n+
層13と他方の主表面12に隣接するn+ 層13より低
不純物濃度のn~ 層14と、他方の主表面12の選ばれ
た複数箇所からn~ 層14内に延びるn~ 層より高不純
物濃度のp層15と、p層15相互間にあって他方の主
表面12からn~ 層14内に延びるn~ 層14より高不
純物濃度でp層15より薄くされたp層16とから成っ
ている。2は一方の主表面11においてn+ 層にオーミ
ックコンタクトする一方の主電極、3は他方の主表面1
2においてp層15にオーミック接触しp層16との間
にショットキーバリアを形成する他方の主電極である。
これによってアクティブ部は一対の主表面間にn+ 層1
3,n~ 層14,p層15からなる第一のダイオードと
n層13,n~ 層14,p層16及びショットキーバリ
アから成る第二のダイオードとが併設された構造のダイ
オードとなっている。p層17はp層アクティブ構造を
環状に包囲し耐圧を維持するためのFLRである。4は
環状のp層17にオーミックに接触する電極で、18は
電極を相互に隔てるための絶縁物である。pn接合を担
うp層15の深さは約5〜10μmである。
【0007】図3は図1に示した構造のダイオードのp
層の表面濃度と逆回復電流のピーク値Irp及びVF の関
係である。p層の表面濃度が1×1017cm~3以下になる
と急にIrpが小さくなる。一方1×1015cm~3以下では
キャリアの注入が起こらずVF が増加するので深いp層
の濃度は1×1015cm~3以上1×1017cm~3以下にする
ことが必要である。
【0008】p層の深さと濃度を以上のように定めると
き、p層のシート抵抗は300Ω/□以上17000Ω
/□以下である。またこのときp層の拡散前工程のイオ
ンインプラのドーズ量は、すなわちシートキャリア濃度
5×109cm~2 以上1×1014cm~3以下である。
【0009】図2はpn~ + 構造を有するダイオード
の不純物濃度のプロファイルである。点線で順バイアス
状態でのキャリアのプロファイルを示す。逆回復電流の
ピークでは、電圧はほとんど加わっていない。従ってこ
の領域ではpn接合近傍のキャリアによる電流が支配的
である。図1に示した実施例ではp層の濃度を1×10
17cm~3以下まで低減することによりp+層からn~ 層へ
の注入が抑制され、導通状態でのキャリア分布のうちp
n接合近傍のキャリアが少なくなりIrpを抑制すること
が出来る。一方n+ /n接合近傍のキャリア濃度はほぼ
従来通りであるので、このn+ /n接合からのキャリア
注入によりn層に蓄積するキャリアはp層の濃度を低下
させてもほとんど低下せず、またn~ 層のライフタイム
も同じであるため逆回復電流が0になるまでの逆回復時
間Trrは変化しない。このようにIrpが小さくなること
で損失が低減できるとともに、Trrは変化しないので逆
回復電流の電流変化率dir/dtrr は小さくなり、は
ね上がり電圧を抑制することが出来る。
【0010】図4にp層の深さと耐圧の関係を示す。F
LR部の深さが浅くなると電界が端部に集中して耐圧が
低下する。求められる接合深さは4μm以上であり、ア
クティブ部のp層の厚さが3μm以下とFLRに必要な
接合深さ以下である第1の従来例では、FLR部のp層
をアクティブ部分と分けて形成する必要がある。そのた
めホトリソグラフィー・打ち込み・拡散の一連の工程と
マスク1枚が新たに必要となり、製造コストが増加す
る。本実施例のアクティブ部の深いp層の深さは5〜1
0μmであり、FLR部分のp層をアクティブ部のp層
と同時に作ることが出来るため、従来例のようにFLR
部のために新たに1工程を追加することなく生産でき
る。このように本発明はpn接合とショットキー接合を
複合化し、さらにp層の濃度を1017cm~3以下とするこ
とでアクティブ領域のp層の深さをFLR部と同じ5〜
10μmとしても、VF を増加することなくリカバリ電
流を低減している。
【0011】図5に本発明のダイオード使って構成した
モータ駆動用インバータ回路の例を示す。IGBT200 には
逆並列にダイオード201が接続されており、IGBT
が2個直列に接続され1相が形成されている。IGBT
が接続された中点からの出力がモータ206と接続され
ている。上アーム側のIGBT200a,200b,200cのコレクタ
は共通であり、整流回路の高電位側と接続されている。
また、下アーム側のIGBT200d,200e,200fのコレクタは
共通であり、整流回路のアース側と接続されている。整
流回路203は交流202を直流に変換する。IGBT200
は、この直流を受電し、再度交流に変換してモータを駆
動する。上下の駆動回路204,205はIGBTのゲートに
駆動信号を伝え、所定の周期でIGBTをオン,オフさ
せる。例えばIGBT200aと200eがオンしている状態
で、200eがオフすると電流はIGBT200a,ダイオード
201bを通って流れる。この状態でIGBT200eが再度オ
ンすると、ダイオード201bは逆バイアスされる。す
るとダイオードには逆回復電流が流れ、その逆回復電流
の電流変化率と配線の漂遊インダクタンスにより跳ね上
がり電圧と電圧ノイズが発生し、このノイズにより、オ
フしていた並列接続のIGBTのゲート回路を誤動作さ
せ、IGBTをオンしてしまうという不具合があった。
その結果IGBTのコレクタ・エミッタ間が短絡し、最
悪の場合IGBTが破壊する。本発明のダイオードを使
うと、リカバリ時のdi/dtが小さいため跳ね上がり
電圧Ldi/dtが小さく、アームの駆動回路204,205
が誤動作する危険がない。またリカバリ時の電流が小さ
いためスイッチングの損失も低減できる。
【0012】
【発明の効果】本発明はダイオードの耐圧を十分に保っ
たままVF の上昇を抑えるとともにリカバリをソフトに
する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の断面図。
【図2】一般的なpn~ + ダイオードの不純物濃度と
キャリア濃度のプロファイル。
【図3】表面濃度とIrp及びVF の関係。
【図4】p層の深さと耐圧の関係。
【図5】本発明の第2の実施例の回路図。
【図6】ダイオードのリカバリ波形。
【図7】従来例の断面図。
【符号の説明】
rr…逆回復電流、Irp…逆回復電流ピーク値、Trr
逆回復時間、VF …順方向電圧降下。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一方の主表面を有する第1導電型の第1の
    半導体領域と、前記主表面の複数個の箇所から前記第1
    の半導体領域内に伸びる第2導電型の第2の半導体領域
    と、隣接する前記第2の半導体領域にまたがり前記一方
    の主表面より前記第1の半導体領域に伸び深さが前記第
    2の半導体領域より浅い第2導電型の第3の半導体領域
    と、前記第2の半導体領域とオーミック接合をなし、か
    つ前記第3の半導体領域とショットキー接合をなす前記
    一方の主表面に形成される第1の電極と、前記第1の半
    導体領域と接し他方の主表面を有する第1導電型の第4
    の半導体領域と、第4の半導体領域と他方の主表面でオ
    ーミック接合を形成する第2の電極とを有し、前記第2
    の半導体領域の第1の主表面における不純物濃度が1×
    1015cm~3以上1×1017cm~3以下であることを特徴と
    するダイオード。
  2. 【請求項2】請求項1のダイオードにおいて、前記第2
    の半導体領のシートキャリア濃度が5×109cm~2以上
    1×1014cm~3 以下であることを特徴とするダイオー
    ド。
  3. 【請求項3】請求項1のダイオードにおいて、前記第2
    の半導体領域のシート抵抗が300Ω/□以上1700
    0Ω/□以下であることを特徴とするダイオード。
JP24444196A 1996-09-17 1996-09-17 ダイオード Pending JPH1093114A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24444196A JPH1093114A (ja) 1996-09-17 1996-09-17 ダイオード

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24444196A JPH1093114A (ja) 1996-09-17 1996-09-17 ダイオード

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1093114A true JPH1093114A (ja) 1998-04-10

Family

ID=17118708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP24444196A Pending JPH1093114A (ja) 1996-09-17 1996-09-17 ダイオード

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1093114A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9059236B2 (en) 2012-11-06 2015-06-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9059236B2 (en) 2012-11-06 2015-06-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
US9337189B2 (en) 2012-11-06 2016-05-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0794578B1 (en) Diode and power converting apparatus
EP2365532B1 (en) Semiconductor device and power converter using it
US9799648B2 (en) Semiconductor device
EP2359404B1 (en) Bipolar punch-through semiconductor device and method for manufacturing such a semiconductor device
JP2005317751A (ja) 逆導通型半導体素子とその製造方法
JP2006332127A (ja) 電力用半導体装置
JPH1074959A (ja) 電力用半導体素子
US4791470A (en) Reverse conducting gate turn-off thyristor device
JP2001501042A (ja) 縦形パワーmosfet
JP2000077682A (ja) ショットキーダイオード
JPH0534834B2 (ja)
JPH1093113A (ja) ダイオード
JPH09246570A (ja) 半導体装置
JP2000114550A (ja) ダイオード及び電力変換装置
JPH08213639A (ja) 電子ドナーを有する半導体ダイオード
JP5135666B2 (ja) 電力変換装置
JP4004357B2 (ja) ダイオード
JP3695249B2 (ja) 半導体装置及びそれを用いた電力変換装置
JPH10189956A (ja) 半導体装置
JP3409503B2 (ja) ダイオード及びダイオードの駆動方法並びに半導体回路
JPH09107097A (ja) 整流素子およびその駆動方法
JPH1093114A (ja) ダイオード
JP3297087B2 (ja) 高耐圧半導体装置
JP6002387B2 (ja) ダイオードおよびそれを用いた電力変換システム
JP2000228404A (ja) ダイオード

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Effective date: 20040611

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20060417

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20061003

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061204

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20070327