JPH0237780A - ダイオード - Google Patents

ダイオード

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JPH0237780A
JPH0237780A JP1154384A JP15438489A JPH0237780A JP H0237780 A JPH0237780 A JP H0237780A JP 1154384 A JP1154384 A JP 1154384A JP 15438489 A JP15438489 A JP 15438489A JP H0237780 A JPH0237780 A JP H0237780A
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diode
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JP1154384A
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Paul-Christiaan Mourick
パウルクリスチアン、モウリック
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Siemens Corp
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D8/00Diodes
    • H10D8/80PNPN diodes, e.g. Shockley diodes or break-over diodes

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  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Thyristors (AREA)

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】 〔産業上の利用分野] 本発明は、カソード側電極が接合されたn導電形カソー
ド領域と、アノード側電極が接合されたp導電形アノー
ド側電極と、両領域よりも弱くドーピングされアノード
領域からはpn接合によって分離されているn導電形中
央領域とを有する半導体基体を備えたダイオードに関す
る。
〔従来の技術〕
PSN構造とも称されているこの種のダイオードは例え
ばポルスト(A、 Porst )の著書「バルブライ
ター()Ialbletter )  」(シーメンス
社の出版部発行、1973年、第121頁〜第124頁
)によって公知である。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、この公知のダイオードにおいては、スイ
ッチングオフの際、即ちダイオードを所定の負荷電流の
流れる導通状態から遮断状態へ移行させる際、ダイオー
ドに非常に高い逆方向電圧が発生することがあり、これ
が場合によってはダイオードを破壊するという欠点があ
る。
遮断状態へ移行する際にダイオードを通って流れ外部回
路から供給される逆方向電流は、カソード電極とアノー
ド側電極との間にカソード−アノード方向へ逆方向電圧
を印加すると、中央領域にまだ空乏化すべき電荷キャリ
アが存在する間は、ダイオードを通って流れる。かかる
逆方向電流はアノード領域とカソード領域との間のpn
接合に形成される空間電荷層の外部に空乏化すべき電荷
キャリアがもはや存在しなくなる瞬間に全く突然に途切
れることがある。それによって、ダイオードの逆方向電
氏が非常にセ激に増大し、ダイオードが破壊されること
がある。
そこで本発明は、逆方向電圧が途切れることなく導通状
態から遮断状態へ切り換わる、つまり転流することので
きる冒頭で述べた種類のダイオードを提供することを課
題とする。
〔課題を解決するための手段〕
このような課題を解決するために、本発明は、pn接合
から距離をおいて位置する中央領域の層は中央領域より
も強くドーピングされたn導電形ストップ層として形成
され、そのストップ層にはpiXit形ベース層が嵌入
され、そのベース層は横方向の全面がストップ層によっ
て包囲され、カソード領域はベース層に嵌入されて、横
方向の全面がベース層によって取り囲まれることを特徴
とする 請求項2記載のダイオードは本発明の特に優れた実施態
様を示している。
〔発明の効果〕
本発明によって得られる利点は特に、ダイオードのスイ
ッチングオフの際、ダイオードに逆方向電圧が完全に形
成されるまで転流に必要な逆方向電流を保持するのに十
分な1i荷キヤリアが得られることである。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
第1図に示された半導体ダイオードは例えばシリコンか
ら成りドーピングされた円板状半導体基体によって構成
され、この半導体基体は外側に位置するp導電形アノー
ド側電極と外側に位置するn導電形カソード電極2とを
有している。カソード領域2には第1主面3において端
子にの設けられているカソード側tJi4が接合されて
いる。アノード領域1には第2主面5において端子Aを
有するアノード側電極6が接合されている。7はn導電
形中央領域を示し、この中央領域7はpn接合8によっ
てアノード領域lから分離されている。
第1図に破線にて示した横断面9の上側に位置する中央
領域7の部分は、中央領域7の残りの部分よりも強くド
ーピングされたn導電形ストップ層IOとして形成され
ている。横断面9はストップFJIOと中央領域7の残
りの部分との境界面としても理解することができ、pn
接合8に対してほぼ平行に延在している。ストップ層1
0内にはp導電形ベース層11が嵌入されている。そし
てこのベース層11は第1主面3にまで達し、しかも横
方向の全面がストップ層10によって包囲されている。
カソード領域2はベース層11内に嵌入されている。そ
してこのカソード領域2は第1主面3にまで達し、しか
も横方向の全面がベース層11によって包囲されている
第2図は第1図に示したダイオードのドーピングプロフ
ィルを示すダイヤグラムである。横軸は主面5に対して
垂直に向けられた直線上に位置する全ての点のその主面
5からの距#dを表す。
方、縦軸はこの点のドーピング濃度nを表す、12は周
縁側p拡散によって製作されたアノード領域1の部分プ
ロフィルを示し、そのドーピング濃度は主面5の近くに
おいては約10”ell−’の大きさである。半導体基
体の基底ドーピングは中央領域7に相当して約10’3
〜10”C11−’の大きさであり、直線13によって
示されている。一方、ストップ11110は境界面3の
近くにおいては約10S〜10”C11−”の大きさの
ドーピング濃度を存し、部分プロフィル14によって示
されている。p導電形ベース層11は部分プロフィル1
5によって、カソード領域2は部分プロフィル16によ
って示されている。カソード領域2のドーピング濃度は
主面3の近くにおいては約10”C11−”の大きさで
あり、ベース層11のドーピング濃度は約4X10It
h〜10IIcm−3の大きさである。pn接合8およ
びp導電形ベース層11とストップ層10との間のpn
接合17は第2図においては境界面9と同じくその距1
1d8、d9、d17によって示されている。
第3図はアノード領域1と中央領域7とカソード領域2
とからだけによって構成された従来のPSNダイオード
のスイッチングオフの際の逆方向電流1+11と逆方向
電圧ul11との時間的関係を示す。
横軸は時間軸tを表し、それぞれ5μs毎に目盛が付さ
れている。N軸は逆方向電流1.Iと逆方向電圧U□と
を表し、それぞれ50Aおよび2.5kV毎に目盛が付
されている。ra子に、Aに接続された外部電流回路に
よって、アノード側電極6に対してカソード側電極4が
正となるようにバイアスする逆方向電圧が印加され、ダ
イオードは時点1−0において導通状態にあり、それゆ
え中央領域7にはこの時点では両極性の電荷キャリアが
充満していることが前提となっている。逆方向電圧が印
加されると、逆方向にバイアスされたpn接合8には徐
々に上方へ向けて中央領域7内へ押し入る空間電荷層が
形成され、その場合中央領域7に存在する電子および正
孔はそれぞれ侵入する電流io+によってカソード側電
極4またはアノード側電極6の方向へ押しやられる(下
側空乏層)。
同時に、カソード領域2の境界18の近くにおいて中央
領域7内に存在する電荷キャリアの崩壊が起こり、しか
もこのことは下方へ向けて、つまり境界18から出発し
て中央領域7内へ前進する(上側空乏層)、この雨空連
層の成長した膨張によって、先ずこれらの雨空乏眉間に
存在する中央層にだけ空乏化すべき電荷キャリアの残り
が残留するようになる。上方へ向けて空間電荷層がさら
に押し進むと、端子に−A間に全逆方向電圧が形成され
る前に、空間電荷層が上側空乏層に到達することがある
。逆方向電流io+が曲線点19によって与えられる大
きさを有する時点にかかる事態が発生すると、逆方向電
fLtoiは全く突然に途切れてしまう、このことは垂
直曲線部分20によって明確に示されている。オーバー
シュート期間21を経た後、逆方向電流は第3図におい
てはもはや検知できない値に低下してしまう、しかしな
がら、垂直曲線部分20によって示されるような突然の
電流の中断が生じると、曲線部分22によって示される
ように逆方向電圧が急激に増加させられて(この逆方向
電圧はピーク値23にまで到達する)、ダイオードまた
はダイオードに接続された回路部品が破壊される。ダイ
オード電圧uDtが外部電流回路に存在する逆方向電圧
の値に達する前には、逆方向電流jotのオーバーシュ
ート期間21はダイオード電圧U。Iのオーバーシュー
ト期間24に一致している。
ストップ層10とpfit形ベース層11とを備えた本
発明によるダイオードの空乏化現象を第4図に基づいて
詳細に説明する。第4図は主面5からの距離d8、d1
7(第2図参照)を有する水平横断面の間の中央領域7
での電荷キャリアの崩壊を図解した曲線群を示す0個々
の曲線のパラメータは逆方向電圧の印加後に減衰するマ
イクロセカンド(μs)で表されている。所定の曲線の
下の面積は、パラメータによって示された時点に中央領
域7になおも残留する電荷キャリアの量をそれぞれ表し
ている。その場合、曲線の状態はこの電荷キャリアがそ
れぞれ存在する帯域を同様に示している。これから明ら
かなように、iiキャリアは距離d8から始まって距離
d17の方向へ崩壊していき、その場合主面5からの距
離d8の個所で初めに崩壊する下側空乏層は上方へ向け
て中央領域7内へ伸びてい<、P導電形ベース層2から
はいつも電荷キャリアが中央領域7へ追加供給されるの
で、従来のPSNダイオードの空乏化現象とは反対に、
上側空乏層は形成され得ない、従って、約40μs後で
も同様に電荷キャリア残部が距Md 17によって表さ
れた横断面に直接つながっている帯域28内に存在する
。しかしながら、このことによって、pn接合8に構成
された空間電荷層、従って下側空乏層は端子A−に間の
所望の逆方向電圧を得るために必要な大きさだけ膨張す
ることができる。しかもこのことは、従来の如くダイオ
ード電流i11.の途切れ、従って非常に大きな逆方向
電圧23の発生を来すことなく行うことができる。
第5図は第3図とは異なり、本発明によるダイオードの
逆方向電流IDi′およびダイオード電圧001′を示
す。曲線部分25によって示された徐々に減少する逆方
向電流IDL′およびそれに相応して徐々に減少するダ
イオード電圧uDi′は外部回路内に存在する逆方向電
圧の値に固定することができる。
第6図には本発明によるダイオードの順方向電流10(
A)−順方向電圧uy  (V)特性が図示されている
。この第6図から、pn接合17が先ず1を流の小さい
時に遮断されることがわかる。電荷キャリアを有する中
央領域7のオーバーシュート後に初めて順方向電圧は曲
線部分26へ低下し、その後の経過は従来のPSNダイ
オードに一致する。27で示された局部的な電圧最大値
を小さく保つために、一方では、ストップ7110はこ
のストップ層10がp導電形ベース層11とは僅かに異
なるドーピング濃度を有するようにドーピングされる。
これにより、導通状態においてpn接合17に構成され
る空間電荷層は僅かしか膨張せず、従って順方向には僅
かな電圧しか与えられないようになる。他方では、スト
ップ層10、ベース層11およびカソード領域12によ
って構成されたnpn )ランジスタの増幅率が大きく
選定される。
両装置が一緒に講じられることによって、中央領域7の
上記オーバーシュートは順方向電流iDO値が小さくて
も発生するようになる。さらにストップJilOは、遮
断状態においてpn接合8に形成される空間電荷層がま
だ端子A−に間の逆方向電圧に達する前にp導電形ベー
ス層11の方向へ膨張して、空間電荷層が逆方向電圧に
達する(これはパンチ・スルーを意味する)のを阻止す
るという目的を持っている。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に基づいて形成されたダイオードの原理
構成を示す概略図、第2図は第1図に示したダイオード
のドーピングプロフィルを示すダイヤグラム、第3図は
従来のダイオードのスイッチングオフ現象について説明
するためのダイヤグラム、第4図は本発明によるダイオ
ードがスイッチングオフする際の電荷キャリアの空乏化
について説明するための説明図、第5図は本発明による
ダイオードのスイッチングオフ現象について説明するた
めのダイヤグラム、第6図は本発明によるダイオードの
順方向電流−順方向電圧特性を示す特性図である。 1・・・アノード領域 2・・・カソード領域 3・・・第1主面 4・・・カソード側電極 ・・・第2主面 ・・・アノード側電極 ・・・中央領域 ・・・pn接合 ・・・横断面 0・・・ストップ層 1・・・ベース層 7・・・pn接合 FIGI FIG 4 IG5

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)カソード側電極(4)が接合されたn導電形カソ
    ード領域(2)と、アノード側電極(6)が接合された
    p導電形アノード領域(1)と、前記両領域よりも弱く
    ドーピングされ前記アノード領域(1)からはpn接合
    (8)によって分離されているn導電形中央領域(7)
    とを有する半導体基体を備えたダイオードにおいて、前
    記中央領域(7)のpn接合(8)から距離をおいて位
    置する層は前記中央領域(7)よりも強くドーピングさ
    れたn導電形ストップ層(10)として形成され、その
    ストップ層(10)にはp導電形ベース層(11)が嵌
    入され、そのベース層(11)は横方向の全面が前記ス
    トップ層(10)によって包囲され、前記カソード領域
    (2)は前記ベース層(11)に嵌入されて、横方向の
    全面が前記ベース層によって取り囲まれることを特徴と
    するダイオード。
  2. (2)p導電形ベース層(11)のドーピングはストッ
    プ層(10)のドーピングよりも僅かに強く、カソード
    領域(2)またはアノード領域(1)よりも著しく弱い
    ことを特徴とする請求項1記載のダイオード。
JP1154384A 1988-06-21 1989-06-16 ダイオード Expired - Lifetime JP2751103B2 (ja)

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