JPS58216473A

JPS58216473A - ダイオ−ド

Info

Publication number: JPS58216473A
Application number: JP9919682A
Authority: JP
Inventors: Yoshiteru Shimizu; 清水　喜輝; Masami Naito; 正美内藤; Yoshio Terasawa; 寺沢　義雄; Susumu Murakami; 進村上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-06-11
Filing date: 1982-06-11
Publication date: 1983-12-16
Also published as: JPH033954B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は　ｐｌｎ　　また＋１　　ｐνｎ　ダイオード
に関し、特にその逆回復特性をソフトリカバリーとした
ダイオードＩこ関する。

最近、装置の小型軽量化および効率向上の面から電子機
器の高周波化が進んでいる。こねに伴ない機器に組み込
まわる半導体電子部品に対する高周波化の要望が強い。

整流素子として用いられているダイオードについても例
外で１１なく、高周波化、即ち高速化が可能な高速ダイ
オードの需要が大きい。

高速ダイオードｌこ要求される主な特性として、逆回復
時間が短いことが上げられる。ダイオードの逆回復時間
　ｔｒｒ　は第１図に示すように、つぎの２種の期間か
ら成っている。

（１）ダイオードの電流が順方向の　ＩＦからＯまで減
少して逆電流が流ねはじめた時点から、逆電流がその最
大値　ｌＲｐ　　になる時点までの、ダイオ−ドが短絡
状態となっている期間１ｓ（２）前記期間、　１１Ｉの後、逆電流がほぼ０になる
までの、ダイオードが逆阻止能カを回復する期間ｔｄこ
の場合、通常、期間　ｔ６としては、第１図にも示した
ように、逆電流がせん頭値　ｌＲ２の９０％と２０％１
こ減少する点な結び、仁の直線と時間軸の交点を求め、
この点と逆電流がせん［１に達した時点との時間差をと
っている。なお、第１図において、Ｖ、　　１１、ダイ
オードのアノード・カソード間電圧をあられしている。

ダイオードが高速動作するために＋Ｊ、周知のように、
逆回復時間ｔｒｒが短いことが望ましい。一方、ダイ１
−ドの逆電流がそのせん頭　ｌ□、に違してがら、阻止
能力を完全に回復する嘘での期間　ｔ８があまり蝮いと
、このダイオードを組み込んだ回路に存在するインダク
タンス成分りにより−Ｌｄｔなる訪起起電力が大キ＜す
り、いわゆるスパイクノイズ発生の原因となる。

このようなスパイクノイズを低減するには、ダイオード
が逆阻止能力を回復する期間ｔ、が長いことが望ましい
。しかし逆回復時間　ｔｒｒ　　には制限があり、蘭記
期間　ｔｄをむやみに長くすることはできない。したが
って、この制限の範囲内でｔ８を長くし、かつダイオー
ドが短絡状態にある期間ｔ、と、阻止能力を回復する期
間１．　　との比ｔ−８が大きいことが望ましい。

このように　１．　／　１．　　の値が大きい特性を、
一般にソフトリカバリーな特性と呼んでいる。

第２図は、一般的な　ｐｌｎ　　または　ｐｖｎ　　構
造ダイオードの不純物濃度分布を示す。この構造では、
比較的不純物濃度の低い１層（ｎ形像不純物濃度層）ま
たはＶ層（ｐ形像不純物濃度＋１　）なｐ、ｎ両高濃度
層の間にはぎんだ構造になっている。

以下の説明では、この構造を単に　ｐｉｎ　　（構造）
　　　　　　　１と呼ぶことにする。

このような　ｐＩｎ　　構造ダイオードに逆方向電圧が
印加された時、空乏層は、濃度の低いｌ噛全体に広がり
、ｎ形高濃度層で止まる。本構造によりば、９口構造に
比べて、同じ耐圧を得るのに素子の厚みを薄くできるた
め、順電圧降下を小さくできるという長所がある。

ところで、ダイオードが逆回復する現象を素子内部のキ
ャリヤの動きから見ると、（１）先ず、逆電流が流ね始めてから、そのせん＠−値
　ｌＲｐ　　に達するまでの期間ｔ、は、ダイオードの
ｐｎ接合が空乏化し、接合が逆回復するまでの期間であ
り、（２）　　また、逆電流がせん頭値からはゾ０まで減少
する期間　ｔ６　　は、ｐｎ接合が回復した後、残存す
るキャリヤが再結合などにより消滅してゆく期間に相当
する。

一般に、ダイオードを高速化するためには、重金属など
のライフタイムキラーをドーピングする方法が取られて
いる。しかし、この方法による場合は、ライフタイムキ
ラーをドーピングすることで、キャリヤの消滅を速めて
いるため、逆回復時間　ｔｒｒ　　が短かくなると同時
に、逆阻止能力回復時間ｔｄも短かくなってしまう。

前述のように、ダイオードを高速化し、同時にその特性
なソフト・リカバリーとすることは、容易ではなかった
。

本発明の目的は、逆阻止能力回復時間ｔ、を長くするこ
とによって前記　１ｄ／１．を大きくし、ソフトリカバ
リーな特性を実現したダイオードを提供することにある
。

前記目的な達成するために１本発明においては、ｐｌｎ
　　または　ｐｖｎ　ダイオードにおいて、ｐ層とｎ層
との間に設けられた低不純物濃度領域内に、これと同じ
導電型で、かつこねよりも高不純物濃度の領域な、前記
ｐ層およびｎ層と接しないように設けるようにしている
。

以下に、図面を参照して本発明の詳細な説明する。＠１
０図は本発明の一実施例の断面構造図である。図におい
て、１はｎ層、２およびＪ　ｉｊ　１層。

３はｎ層、６はｐ層であり、こわらの各層は図示の順序
で互いに隣接するように形成さオ］る。

第３図は、第１０図に示した　ｐｌｎｌｎ　　構造な有
し、かつその逆回復巷性がいわゆるソフトリカバリーと
な石様な、本発明のダイオードの不純物濃度分布の一例
を示す。

第３図および第１０図から明らかなように、本実施例は
、従来のｐｉｎ　　構造ダイオードの１層の中に、こね
と同じ導電型で、かつ不純物濃度の高い層を設けたこと
が特徴になっている。

このような構造では、基板の高濃度不純物層１と１層の
内部に設けられた高濃度不純物層３とで囲まねた１層２
の領域では、隣接する高濃度不純物層がキャリヤに対す
る電位障壁となるため、この中にあるキャリヤはとじ込
められた形になり消滅しにくい。

このため、ｐｎ接合が逆回復した後でも、１層２の領域
内にあるキャリヤの消滅速度が遅く、従来の　ｐｉｎ　
　構造ダイオードに比べて、逆回復特性はソフトリカバ
リーとなる。

第４図１才、従来の　ｐｌｎ　　構造ダイオードおよび
本実施例の構造をもつダイオードの、逆回復時の電流波
形告示す。また、第５図（ａ）　＋　（ｂｌはそわぞわ
従来の　ｐｉｎ　構造ダイオードおよび本実施例のダイ
オードの、素子内部におけるキャリヤ（電子）濃度分布
の時間変化を示す図である。

第５図（ａ）と（ｂ）の対比からも明らかなようＣζ、
両方のダイオードの構造は、本実施例のダイオードにお
いて、１層の中に厚さ２μｍ、　不純物濃度ｌＸｌ０Ｃ
Ｉ１１　　の高濃度領域が設けられ、かつこの高濃度領
域と高濃度の基板ウェハとの間に厚さ５μｍの１層が設
けられている他は、同じである。　　　　　　　　　□
つぎに、第４図および第５図（ａ）　（ｂ）を参照して
、両方のダイオードにおける電流波形の時間変化と素子
内部のキャリヤ濃度分布の時間変化を対比して見てゆく
。

先ず時刻ｔｌでは、両方のダイオードとも−ｐｎ接合付
近のキャリヤ（１未だかなり残っている、時刻ｔ、にな
ると、ｐｎ接合が空乏化しつつあることが分かる。時刻
ｔ、において、従来の　ｐｌｎダイオードでは、ｐｎ接
合が、はぼ完全に空乏化し、電流波形も逆電流のせん順
位に達している。この時点でｐｎ接合は回復している。

一方、この時刻ｔ、において、本実施例のダイオードで
はｐｎ接合の空乏化の噴合いは幾分小さい。こわは、空
乏層が止まるｉ層の中に設けられたれ形高濃度層３の不
純物濃度が、従来のｐｉｎダイオードのｎ形高濃度層に
比べて低く、空乏層がより容易に広がるためである。

時刻　ｔ４になると、従来の　ｐＩｎダイオードでは逆
電流が減少しはじめ、１層内部にある残留キャリヤが急
激に減少してゆく。−力、本実施例のダイオードでは、
この時刻に、ｐｎ接合がほぼ完全に空乏化し、接合が回
復していることがわかる。

こねに対して、本実施例のｉ形高濃度層３とｎ形基板１
とで挾まわた１層２におけるキャリヤ濃度の変化は小さ
く、この時点では、多量のキャリヤが残っている。すな
わち、ｎ形高濃度層３がホールに対する電位障壁な形成
するため、キャリヤが閉じ込められた形になっており、
電子も中性条件を満たすためほぼ同じ濃度分布にな企。

時刻１ｓになると、従来の　ｐＩｎ　ダイオードの逆電
流は殆んど零になっている。一方、本実施例のダイオー
ドでは、ｐＨ６に隣接した１層４内のキャリヤは殆んど
消滅しているのに対して、ｎ形基板１に隣接した１層２
内のキャリヤは未だ多く残っている。したがって、電流
減少の度合は、従来の　ｐｉｎ　　ダイオードに比べて
ゆるやかである。

以上において見て来たように、本実施例の構造のダイオ
ードでは、従来の　ｐ％ｎ構造ダイオードに比べて逆回
復特性はソフト・リカバリーな特性となる。

ところで、ダイオードの緒特性のうち、この他に重要な
特性として順方向電圧降下がある。第６図は、第５図（
ａｌ　、　ｆｂｌに示した不純物濃度分布のダイオード
、および同図（ｂｌにおいて領域３の不純物濃度をＩ　
Ｘ　１０　”ｃｍ−”　　としたダイオードの、順方向
電圧−電流特性を示す実測例である。

第６図において、曲線１は従来の　ｐｉｎ　　ダイオー
ド、曲線２．３は、第３図に示す領域３の不純物濃度な
そわぞわＩ　Ｘ　１０　”　ａｎ−”　、　Ｉ　Ｘ　１
０　”　ｃｒｔ＊−”とした場合をあられしている。な
詔、この場合の素子の接合面積は０．１６ｃｍ＋”であ
る。

この図から分るように、領域３の不純物濃度が高いほど
、同一電流（密度）に対する順電圧降下は大きくなるが
、その違いは高々０．０３Ｖ程度である。このように、
従来の　ｐｉｎ　　ダイオードの１層内に、こねと同じ
導電形の高不純物層３な加えた構造としても、順電圧降
下の増加は僅かである。

こ＼で、第７図を参照して、前記実施例（第１０図）、
の構造なもつダイオードの製造方法を述べる。

先ず、ウェハー径７５閤、厚さ３００μｍ、抵抗率０．
０１Ω備（不純物濃度５　ｘ　１０ＩｓｃＷＬ−”　）
、面方位（１１１）、オフアングル１〜２°のｎ形シリ
コン鍵面基板ウェハ１を用意する（同図ａ）。

この鏡面ウェハの片面に、ｉ形高抵抗層、すなわち１層
２（１００Ω信＋５Ｘ１０　　ｃｍ　　）を、厚さ５μ
ｍだけエピタキシャル成長させる（同図ｂ）。

このエピタキシャル成長層は、例えば５ｉＨＣＪｓを、
シリコン原料ＰＲ，をＦ−パント原料として、Ｈ８中で
１１００ｃｃ、約８分間の反応させることによって得ら
れる。

・Ｎ次に、このエピタキシャル成長させた同じ面に、ｎ形の
低抵抗層３（０，２５Ωα、１束１０１７α−８）な、
厚さ２μｍだけエピタキシャル成長させる（同図Ｃ）。

この製造法は、先の１層２のエピタキシャル成長と同様
で、ドーパント原料であるＰＨ，とシリコン原料である
８１ＨＣ１，の濃度比を変え第１ばよい。

更にこの上に、３層目のｎ形エピタキシャル層４を成長
させる（同図ｄ）。この層４−の抵抗率は、第１層目の
エピタキシャル層と同様１０００Ｇ　で厚さは１１μｍ
である。

次に、ウェハ表面に酸化膜５を約０．１μｍ形成する。

引き続いて、ｐエミッタ層６を形成するため、酸化膜５
を介して、ボロンをイオン注入により打ち込む（同図ｅ
）。この場合の加速電圧は１５０　ＫｅＶ、　　ト−ス
ｌｌｊ約Ｉ　Ｘ　１０”ｃｍ　　”Ｔ！；ｌ）ル。

この後、１１００℃、６００　分間、窒素中のアニール
な実施することにより１表面濃度約ｌＸｌ０”α　　、
深さ約１μｍのｐエミツタ層６が形成される（同図ｆ）
。

このようにして接合成形を終えたシリコンウェハに、Ａ
Ｊ電極７（厚さ４μｍ）を、真空蒸着法とホトエツチン
グ技術により形成しく同図ｇ）、ウェハな４ｍｍ四方の
チップに分割して本実施例素子は完成する。

第８図は、本発明の他の実施例の不純物濃度分布を示す
図である。本構造は、基板ウェハ１とｐエミッタ層６間
のｉ層内に設ける高濃度層を複数にしたもので、順電圧
降下の低減を図ったものである。この場合、図からも明
らかなように、ｐ　Ｑ領域から遠い層はど高不純物濃度
になるようにするのがよい。

第９図も本発明の他の実施例の不純物濃度分布な示す図
である。この例は、１層と、１層の中に設けらねた高濃
度層とな、連続的なエピタキシャル成長により形成した
もので、製造工程の簡略化を図ったものである。

エピタキシャル成長を連続的に盲なっているため、各不
純物層の境界は階段状とはならないが、素子性能的には
本発明の基本形（第３図）と大きな差異はない。

以上の実施例（才いずわも、ｎ形シリコン基板に接合を
形成した構造になっているが、ｐ形シリコン基板を用い
て、接合形成をこむとは対称的に行なっても、本発明の
作用効果が変らないことは言うまでもない。なお、低不
純物濃度層に形成する高不純物濃暖層は、ダイオードの
断面全体にわたって設けることは必ずしも必要ではなく
、断面の一部に設けてもそわなりの効果が得られること
は明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図はダイオードの逆回復時の電圧、電流波形とｔ、
、　　ｌ　　ｔｄ　ｔ　　ｔｒｒ　　（逆回復時間）の
定義を示す図、第２図は従来の　ｐｉｎ　構造ダイオー
ドの不純物濃度分布を示す図、第３図は本発明の一実施
例における不純物濃度分布を示す図、第４図は従来の　
ｐｉｎ　　ダイオードと本発明のダイオードの逆回復時
の電流波形の比較を示す図、第５図（＆）。（ｂｌは第４図に示した各ダイオードのキャリヤ（電子
）濃度分布の時間変化を示す不純物濃度分布図、第６図
は従来の　ｐｌｎ　　ダイオードと本発明のダイオード
の順方向電圧−電流特性の比較を示す図、第７図は本発
明のダイオードの製造方法を示す工程図、第８図および
第９図は本発明のその他の実施例における不純物ｆＩｋ
度分春分布す図、第１０図は本発明の一実施例の断面構
造を示す図である。ｌ・・・基板ウェハ、２・・・高抵抗エピタキシャル層
、３・・・低抵抗エピタキシャル層、４・・・高抵抗エ
ピタキシャル層、６・・・ｐエミッタ層、７・・Ｍ電極代理人弁理士　平　木　道　人才１図第３図才４図牙　５　図（Ｑｌ入　　６ｂ　　り・　　も　の　距　−＋ｔＬ　　（ト
Ｊｍｌｒｈ）ゑ　　品　　い　　５　　の　　比　　Ｋ　　＋ｐｒｍ
オ６図Ｉ領置ＨＦ＊下　（Ｖｌ第１０図オ　７　図（０１＜ｅ）才８図３Ｉｒ９図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ｐ彫工純物濃変領域、こねに隣接するｎ彫工細物
濃度領域および的記両領域間に介在する低不純物＃度領
域よりなるタイオードｌとおいて、低不純物濃度領域内
に、こむと同じ導ｉｔ型で、かつ高不純物濃度の領域が
少なくとも一つ形成さねたことを特徴とするダイオード
。
（２）低不純物濃度領域内に形成さゎた複数の高不純物
濃度領域における各不純物一度が、こむと反対導電型の
領域から離ねた領域はど、高ａ度になるようにさねたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のダイオード
。