JPH0514431B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0514431B2 JPH0514431B2 JP54120251A JP12025179A JPH0514431B2 JP H0514431 B2 JPH0514431 B2 JP H0514431B2 JP 54120251 A JP54120251 A JP 54120251A JP 12025179 A JP12025179 A JP 12025179A JP H0514431 B2 JPH0514431 B2 JP H0514431B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- current
- carrier
- emitter
- diffusion
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D8/00—Diodes
- H10D8/50—PIN diodes
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はPIN構造を有する低損失ダイオード
に関する。
に関する。
近年、LSI技術の進歩に伴つて低電圧電源の要
求が高まり、効率が高くかつ小型のスイツチング
レギユレータ方式が注目を集めている。この方式
では、順方向電圧降下が小さくかつスイツチング
速度の速い低損失ダイオードが整流素子として要
求される。
求が高まり、効率が高くかつ小型のスイツチング
レギユレータ方式が注目を集めている。この方式
では、順方向電圧降下が小さくかつスイツチング
速度の速い低損失ダイオードが整流素子として要
求される。
ところで、現在市場に出ているダイオードは順
方向電圧が30Aで約1Vと高く、また逆回復時間
も300nsecと長い。一方、順方向電圧降下の低い
シヨツトキー型ダイオードは逆方向の耐圧が40〜
50Vと低い。
方向電圧が30Aで約1Vと高く、また逆回復時間
も300nsecと長い。一方、順方向電圧降下の低い
シヨツトキー型ダイオードは逆方向の耐圧が40〜
50Vと低い。
この発明は上記の点に鑑み、逆方向耐圧を約
200Vと高く保ちながら、順方向電圧降下を約
0.85Vと低くし、かつ逆回復時間を50〜60nsecと
小さくし得る低損失ダイオードを提供することを
目的とする。
200Vと高く保ちながら、順方向電圧降下を約
0.85Vと低くし、かつ逆回復時間を50〜60nsecと
小さくし得る低損失ダイオードを提供することを
目的とする。
この発明に係る低損失ダイオードは、PIN構造
を有し、Ｉ層の厚みWiが25μｍ以下であり、かつ
Ｉ層でのキヤリア寿命をτ（sec）としたとき
Wi2／τの値を20〜200cm2／secの範囲に設定した
ことを特徴としている。ここに、Ｉ層は純粋なイ
ントリンシツクであることを要せず、N-層ある
いはP-層をも含む広義のものとして用いている。
を有し、Ｉ層の厚みWiが25μｍ以下であり、かつ
Ｉ層でのキヤリア寿命をτ（sec）としたとき
Wi2／τの値を20〜200cm2／secの範囲に設定した
ことを特徴としている。ここに、Ｉ層は純粋なイ
ントリンシツクであることを要せず、N-層ある
いはP-層をも含む広義のものとして用いている。
以下、第１図に示す単純な不純物プロフアイル
をもつPINダイオードの電流と電圧の関係式を導
きながら、この発明の詳細を説明する。
をもつPINダイオードの電流と電圧の関係式を導
きながら、この発明の詳細を説明する。
通常の領域論的手法に従つて、電流が余り大き
くない場合には、Ｎエミツタ、Ｐエミツタ中のそ
れぞれの単位面積当りの少数キヤリア電流ΔJp、
ΔJnは殆んど拡散によつて流れているので次の式
で表わされる。
くない場合には、Ｎエミツタ、Ｐエミツタ中のそ
れぞれの単位面積当りの少数キヤリア電流ΔJp、
ΔJnは殆んど拡散によつて流れているので次の式
で表わされる。
ここに、npe、noeはそれぞれＮエミツタ、Ｐエ
ミツタ中のｉ層側での少数キヤリア密度であり、
Dpe、τpeはそれぞれＮエミツタ中でのキヤリア拡
散係数、キヤリア寿命を表わし、Doe、τoeはそれ
ぞれＰエミツタ中でのキヤリア拡散係数、キヤリ
ア寿命を表わしている。
ミツタ中のｉ層側での少数キヤリア密度であり、
Dpe、τpeはそれぞれＮエミツタ中でのキヤリア拡
散係数、キヤリア寿命を表わし、Doe、τoeはそれ
ぞれＰエミツタ中でのキヤリア拡散係数、キヤリ
ア寿命を表わしている。
Ｉ層中でのキヤリア再結合量は単位面積当りの
電子電流、正孔電流のそれぞれのＩ層中での変化
分ΔJni、ΔJpiに等しいので、 ΔJni＝ΔJpi＝ｑ ∫i nonp−np 2／τ（no＋np）＋τ（np＋np）dx ……(3) となる。ここではシヨツクレーリードホール型の
再結合だけを考慮しており、また簡単のためＩ層
中の電子と正孔の寿命を等しくτとした。また、
no、np、npはそれぞれＩ層中での電子密度、正孔
密度、電子正孔積（ｐ・ｎ積）を示す。
電子電流、正孔電流のそれぞれのＩ層中での変化
分ΔJni、ΔJpiに等しいので、 ΔJni＝ΔJpi＝ｑ ∫i nonp−np 2／τ（no＋np）＋τ（np＋np）dx ……(3) となる。ここではシヨツクレーリードホール型の
再結合だけを考慮しており、また簡単のためＩ層
中の電子と正孔の寿命を等しくτとした。また、
no、np、npはそれぞれＩ層中での電子密度、正孔
密度、電子正孔積（ｐ・ｎ積）を示す。
Ｉ層中のキヤリア濃度がＩ層の不純物濃度より
も大きい高注入の状態を考えると、nonp、np／
no０とおけるから、(3)式はno＝np＝ｎとして、 ΔJni＝ΔJpi＝q∫ｎ／2τdx ……(4) となる。
も大きい高注入の状態を考えると、nonp、np／
no０とおけるから、(3)式はno＝np＝ｎとして、 ΔJni＝ΔJpi＝q∫ｎ／2τdx ……(4) となる。
不純物濃度は各エミツタとＩ層の境界で変化し
ているので、境界の両側のキヤリア密度の間には
近似的に次のような関係がある。
ているので、境界の両側のキヤリア密度の間には
近似的に次のような関係がある。
npe＝n2／io／Nnh2 o ……(5)
noe＝n2／ip／Nph2 p ……(6)
ここに、Nn、NpはそれぞれＮエミツタ、Ｐエ
ミツタ中の不純物濃度、nioはＩ層中のＮエミツ
タ側でのキヤリア密度、nipはＩ層中のＰエミツ
タ側でのキヤリア密度であり、またhnはＮエミ
ツタとＩ層でのＰ・ｎ積の比、hpはＰエミツタ
とＩ層でのｐ・ｎ積の比である。
ミツタ中の不純物濃度、nioはＩ層中のＮエミツ
タ側でのキヤリア密度、nipはＩ層中のＰエミツ
タ側でのキヤリア密度であり、またhnはＮエミ
ツタとＩ層でのＰ・ｎ積の比、hpはＰエミツタ
とＩ層でのｐ・ｎ積の比である。
ところで、Ｉ層中の両端部でのキヤリア密度
nio、nipの間には次の関係があることを簡単に導
くことができる（M.Naito等、Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ
Trans.Electron Devices、ED−23、945（1976）
参照）。
nio、nipの間には次の関係があることを簡単に導
くことができる（M.Naito等、Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ
Trans.Electron Devices、ED−23、945（1976）
参照）。
nio nip＝n2 pexpｑ／kT（VF−Vi） ……(7)
ここで、VFは順方向電圧降下、ViはＩ層の両
端の電位差である。
端の電位差である。
Viの簡単な式を導くために、Ｉ層中のキヤリ
ア密度ｎを一定とする。この近似はＩ層中でのキ
ヤリア拡散長がＩ層の厚みWiより大きいときは
良い近似である。そうすると、全電流密度Ｊは Ｊ＝ΔJp＋ΔJpi＋ΔJo＝ｑ（μp＋μo）nEi ……(8) と表わされる。ここに、μp、μoはそれぞれ正孔、
電子の移動度を示し、EiはＩ層中での電界を示し
ている。
ア密度ｎを一定とする。この近似はＩ層中でのキ
ヤリア拡散長がＩ層の厚みWiより大きいときは
良い近似である。そうすると、全電流密度Ｊは Ｊ＝ΔJp＋ΔJpi＋ΔJo＝ｑ（μp＋μo）nEi ……(8) と表わされる。ここに、μp、μoはそれぞれ正孔、
電子の移動度を示し、EiはＩ層中での電界を示し
ている。
Vi＝Ei Wiであるから、(8)式と(1)〜(6)式とから
となる。ここでμi＝1/2（μn＋μp）である。また
(5)、(6)式でnip＝nin＝ｎとおいている。(9)式の最
初の２項は電流密度が非常に大きくない場合、即
ちｎ／Nn≪１、ｎ／Np≪１が成立つ場合には省
略することができ、従つて(1)式〜(9)式を用いて次
の関係式が導かれる。
(5)、(6)式でnip＝nin＝ｎとおいている。(9)式の最
初の２項は電流密度が非常に大きくない場合、即
ちｎ／Nn≪１、ｎ／Np≪１が成立つ場合には省
略することができ、従つて(1)式〜(9)式を用いて次
の関係式が導かれる。
Ｊ＝Aexpｑ／kT（VF−Wi2／4μiτ）＋qnpWi／2τexpｑ
／2kT（VF−Wi2／4μiτ）……(10) ただし、 である。
／2kT（VF−Wi2／4μiτ）……(10) ただし、 である。
各エミツタ中のキヤリア寿命τpe、τoeは高い不
純物濃度に依存して決められており、Ｉ層中のキ
ヤリア寿命τを金拡散等により変化させてもほぼ
一定とみなすことができるので、(10)式の第１項の
係数Ａは定数とみなすことができる。(10)式で第１
項はいわゆる拡散電流を示し、第２項は再結合電
流を示している。従つて再結合電流は(10)式の第２
項を微分して容易に導かれるように、Wi2／τ＝
8μikT／ｑのときに最大になり、最大値はｌ／
Wiに比例する。一方拡散電流はWi2／τの単調
減少関数である。
純物濃度に依存して決められており、Ｉ層中のキ
ヤリア寿命τを金拡散等により変化させてもほぼ
一定とみなすことができるので、(10)式の第１項の
係数Ａは定数とみなすことができる。(10)式で第１
項はいわゆる拡散電流を示し、第２項は再結合電
流を示している。従つて再結合電流は(10)式の第２
項を微分して容易に導かれるように、Wi2／τ＝
8μikT／ｑのときに最大になり、最大値はｌ／
Wiに比例する。一方拡散電流はWi2／τの単調
減少関数である。
以上のことから、Ｉ層の厚みWiの十分小さい
ダイオードでは拡散電流に比べて再結合電流が10
倍以上大きくなる。例えば、Wi＝10μｍおよび
Wi＝17μｍの場合について、VF＝0.85Vのとき(10)
式をWi2／τに対してプロツトすると第２図のよ
うになる。実線ａは拡散電流、実線b1，b2はそれ
ぞれWi＝10μｍ、Wi＝17μｍのときの再結合電流
であり、破線c1，c2はそれぞれWi＝10μｍ、Wi＝
17μｍのときの全電流を示している。
ダイオードでは拡散電流に比べて再結合電流が10
倍以上大きくなる。例えば、Wi＝10μｍおよび
Wi＝17μｍの場合について、VF＝0.85Vのとき(10)
式をWi2／τに対してプロツトすると第２図のよ
うになる。実線ａは拡散電流、実線b1，b2はそれ
ぞれWi＝10μｍ、Wi＝17μｍのときの再結合電流
であり、破線c1，c2はそれぞれWi＝10μｍ、Wi＝
17μｍのときの全電流を示している。
なお、第２図中、黒丸でプロツトしたのは、近
似を用いていない正確な数値計算によるWi＝17μ
ｍのときの全電流であり、これから上述の近似が
妥当なものであることが判る。
似を用いていない正確な数値計算によるWi＝17μ
ｍのときの全電流であり、これから上述の近似が
妥当なものであることが判る。
第２図から、再結合電流の最大値がほゞ全電流
の最大値を決めている。再結合電流が大きい領域
は半値幅をとつてWi2／τが20〜200cm2／secの範
囲であり、また再結合電流の最大値が通常用いる
電流値150A／cm2より大きくなるのは、最大値が
１／Wiに比例することから、Wi＞25μｍとなる。
従つて逆に、Wiを25μｍ以下とし、Wi2／τを20
〜200cm2／secの範囲の適当な値に選ぶことによつ
て、通常用いる電流値150A／cm2において再結合
電流が大きくなり、約0.85V以下の低い順方向電
圧降下を実現することができる。
の最大値を決めている。再結合電流が大きい領域
は半値幅をとつてWi2／τが20〜200cm2／secの範
囲であり、また再結合電流の最大値が通常用いる
電流値150A／cm2より大きくなるのは、最大値が
１／Wiに比例することから、Wi＞25μｍとなる。
従つて逆に、Wiを25μｍ以下とし、Wi2／τを20
〜200cm2／secの範囲の適当な値に選ぶことによつ
て、通常用いる電流値150A／cm2において再結合
電流が大きくなり、約0.85V以下の低い順方向電
圧降下を実現することができる。
この発明の具体的な実施例を次に説明する。
n+型Si基板上に比抵抗15Ω−cm程度のn-層を約
20μｍエピタキシヤル成長させ、その表面にボロ
ンの熱拡散によつて約3μｍのp+層を形成した。
その後、金拡散を行つてn-層でのキヤリア寿命
τをWi2／τが20〜200cm2／secの範囲になるよう
にした。そして選択エツチングによつて５mm角の
メサ形状を得、電極をつけてペレツトに分離し、
露出した接合面にシリコーンゴムを塗布してパツ
ケージに封入した。
n+型Si基板上に比抵抗15Ω−cm程度のn-層を約
20μｍエピタキシヤル成長させ、その表面にボロ
ンの熱拡散によつて約3μｍのp+層を形成した。
その後、金拡散を行つてn-層でのキヤリア寿命
τをWi2／τが20〜200cm2／secの範囲になるよう
にした。そして選択エツチングによつて５mm角の
メサ形状を得、電極をつけてペレツトに分離し、
露出した接合面にシリコーンゴムを塗布してパツ
ケージに封入した。
こうして得られたダイオードは、逆方向耐圧が
200V、順方向電圧降下が30Aのとき0.85V以下で
あり、また逆回復時間はＩ層のキヤリア寿命τが
小さいために50〜60nsecという値を示した。
200V、順方向電圧降下が30Aのとき0.85V以下で
あり、また逆回復時間はＩ層のキヤリア寿命τが
小さいために50〜60nsecという値を示した。
なお、第３図は、上記実施例において、金拡散
の時間を100分一定とし、拡散温度を変えて実験
した場合の逆回復時間のデータである。この図で
順方向電圧降下が最低になるキヤリア寿命τを与
えるのは拡散温度965℃の点となる。
の時間を100分一定とし、拡散温度を変えて実験
した場合の逆回復時間のデータである。この図で
順方向電圧降下が最低になるキヤリア寿命τを与
えるのは拡散温度965℃の点となる。
第１図はこの発明の詳細を説明するためのPIN
ダイオードの不純物プロフアイルを示す図、第２
図は同じく順方向電流ＪとＩ層の厚みWi、キヤ
リア寿命τの関係を近似式に基づいて示す図、第
３図は具体的な実施例での金拡散条件と逆回復時
間の関係を示すデータである。
ダイオードの不純物プロフアイルを示す図、第２
図は同じく順方向電流ＪとＩ層の厚みWi、キヤ
リア寿命τの関係を近似式に基づいて示す図、第
３図は具体的な実施例での金拡散条件と逆回復時
間の関係を示すデータである。
Claims (1)
- １ PIN構造を有し、Ｉ層の厚みWiが25μｍ以下
であり、かつＩ層でのキヤリア寿命をτ（sec）と
したときWi2／τの値を20〜200cm2／secの範囲に
設定したことを特徴とする低損失ダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12025179A JPS5645082A (en) | 1979-09-19 | 1979-09-19 | Low-loss diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12025179A JPS5645082A (en) | 1979-09-19 | 1979-09-19 | Low-loss diode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5645082A JPS5645082A (en) | 1981-04-24 |
| JPH0514431B2 true JPH0514431B2 (ja) | 1993-02-25 |
Family
ID=14781564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12025179A Granted JPS5645082A (en) | 1979-09-19 | 1979-09-19 | Low-loss diode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5645082A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59189679A (ja) * | 1983-04-13 | 1984-10-27 | Hitachi Ltd | ダイオ−ド |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5365073A (en) * | 1976-11-24 | 1978-06-10 | Hitachi Ltd | Semiconductor rectifying device |
-
1979
- 1979-09-19 JP JP12025179A patent/JPS5645082A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5645082A (en) | 1981-04-24 |
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