JPS5833875A - 高速ダイオ−ド - Google Patents
高速ダイオ−ドInfo
- Publication number
- JPS5833875A JPS5833875A JP56132140A JP13214081A JPS5833875A JP S5833875 A JPS5833875 A JP S5833875A JP 56132140 A JP56132140 A JP 56132140A JP 13214081 A JP13214081 A JP 13214081A JP S5833875 A JPS5833875 A JP S5833875A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- diode
- region
- electrode
- reverse recovery
- 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
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
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
最近急速な電力用半導体工業の進歩に伴い、ターンオフ
タイム10μ−以下のサイリスタが出現しつつある@電
圧形インバータに適用するIHcは、サイリス′りに逆
並列化ダイオードを接続して使用することが一般的であ
る◎ターンオフタイムの小さいサイリスタ化逆並列接続
して使用されるダイオードは、サイリスタのターンオフ
タイム能力に対応した高適度電流しゃ断能力を有する素
子(逆回復電荷の小さい素子)が要求される略逆−・復
電−荷Qr=T rx i rp/2 ’で表現される
ので、高速ダイオードに要求される特性は次の二点であ
る。なセTrは逆回復時間、i、は逆回復時のピーク電
流である・゛(1) 逆回復時間の小さいこと◎即ち
転流時にサイリスタ偶に再印加されるピーク電圧はダイ
オードの逆回復電荷の影響を受け、ダイオードの逆回復
電荷が大きいほど上昇するので、より高い定格電圧のサ
イリスタが必要となり、サイリスタ応用技術上、逆回復
電荷の大きいダオオードは好鵞しくない0 (り逆回復時のdi/dtが、ゆるやbs (8oft
Recovery )であること。即ちダイオードの
逆回復時のdi/dtが、急峻な特性(8nap=of
f )では転流時にサイリスタに再印加される電圧は高
いdマ/dtを持った電圧が印加され、サイリスタのd
v/dt#性をおびやかすことになり、サイリスタ応用
技櫂面から8fl峠−off轡性を有するダイオードは
好ましくない。
タイム10μ−以下のサイリスタが出現しつつある@電
圧形インバータに適用するIHcは、サイリス′りに逆
並列化ダイオードを接続して使用することが一般的であ
る◎ターンオフタイムの小さいサイリスタ化逆並列接続
して使用されるダイオードは、サイリスタのターンオフ
タイム能力に対応した高適度電流しゃ断能力を有する素
子(逆回復電荷の小さい素子)が要求される略逆−・復
電−荷Qr=T rx i rp/2 ’で表現される
ので、高速ダイオードに要求される特性は次の二点であ
る。なセTrは逆回復時間、i、は逆回復時のピーク電
流である・゛(1) 逆回復時間の小さいこと◎即ち
転流時にサイリスタ偶に再印加されるピーク電圧はダイ
オードの逆回復電荷の影響を受け、ダイオードの逆回復
電荷が大きいほど上昇するので、より高い定格電圧のサ
イリスタが必要となり、サイリスタ応用技術上、逆回復
電荷の大きいダオオードは好鵞しくない0 (り逆回復時のdi/dtが、ゆるやbs (8oft
Recovery )であること。即ちダイオードの
逆回復時のdi/dtが、急峻な特性(8nap=of
f )では転流時にサイリスタに再印加される電圧は高
いdマ/dtを持った電圧が印加され、サイリスタのd
v/dt#性をおびやかすことになり、サイリスタ応用
技櫂面から8fl峠−off轡性を有するダイオードは
好ましくない。
以上の理由によって、前述の目的に使用される高速度ダ
イオードは逆回復時のd1/dtが、8oftReco
マ・ry特性を有するダイオードが望ましい。
イオードは逆回復時のd1/dtが、8oftReco
マ・ry特性を有するダイオードが望ましい。
本−羽は上記の目的のため番こなされたものであり、以
下図面番こより本発明の一実施例について詳細Km明す
る。
下図面番こより本発明の一実施例について詳細Km明す
る。
嬉1図418aap−off 4I性を有するダイオー
ドの逆回復時の電流波形の説明図、第2閣は8oft
Recov@ry轡性を有するダイオードの逆−復時の
電流波形の諷−閣である。
ドの逆回復時の電流波形の説明図、第2閣は8oft
Recov@ry轡性を有するダイオードの逆−復時の
電流波形の諷−閣である。
ダイオードの逆回復4I性において、第illのよう化
逆回復時間Trの短かい急峻なdi/dtの変化を示す
Bnkp−off qI性と、鮪冨閣のような逆回復時
間テrの長く緩やかなdl/dtの変化を示す8oft
Recovery轡性の差は、ダイオード量材層のラ
イフタイムに関係する。例えばP−Nl−N+接脅の鳩
舎にはNlられる。
逆回復時間Trの短かい急峻なdi/dtの変化を示す
Bnkp−off qI性と、鮪冨閣のような逆回復時
間テrの長く緩やかなdl/dtの変化を示す8oft
Recovery轡性の差は、ダイオード量材層のラ
イフタイムに関係する。例えばP−Nl−N+接脅の鳩
舎にはNlられる。
本発明は一枚のシリコン円板からなるダイオードウェフ
ァの厚み方向内#c8nap−off II!I性を有
する領域と8層口Recovs+ry 41性を有する
領域を直列に親会せること化より、逆回復時間の小さい
8oftRecovery @性を有するダイオード
を実現したものである・ N13図は本発明の一実施例を示す高速ダイオードの部
分縦断面図である・ 1は金(ムU)を主成分としこれに数パーセントのP形
不純物金属(ガリウム、ポロン、アルミニウム)を含ん
だアノード電極である。3はP層、4はM層、Sは1層
、6は金属ろう材、7は補強用支持電極でありカソード
電極となる。2は2層3ヘアノード電極1を溶着したこ
とによって形成された再結晶層のP層である。
ァの厚み方向内#c8nap−off II!I性を有
する領域と8層口Recovs+ry 41性を有する
領域を直列に親会せること化より、逆回復時間の小さい
8oftRecovery @性を有するダイオード
を実現したものである・ N13図は本発明の一実施例を示す高速ダイオードの部
分縦断面図である・ 1は金(ムU)を主成分としこれに数パーセントのP形
不純物金属(ガリウム、ポロン、アルミニウム)を含ん
だアノード電極である。3はP層、4はM層、Sは1層
、6は金属ろう材、7は補強用支持電極でありカソード
電極となる。2は2層3ヘアノード電極1を溶着したこ
とによって形成された再結晶層のP層である。
第4図は第3図のアノード電極垂直方向における2層2
.P層3.N1層4.N層5の各層のライフタイムキラ
ー(Au)の濃度分布を示した説明図である。
.P層3.N1層4.N層5の各層のライフタイムキラ
ー(Au)の濃度分布を示した説明図である。
ライフタイムキラーのamはP−P−N1層近傍(!I
ll中ム領域)が最も多く、つぎにN1層の中央部(I
t中中質領域が多く、最も少い場所はN −Ni層近!
II(1!iEl中C領域)であるe本発明の高速ダイ
オードは第111に示す構成で形成することにより第4
図に示した如くライフタイムキラーの#I度分布を容品
に得ることが特徴である・ つぎl(N4図に示すライフタイムキラー濃度分布を有
するダイオードの逆回復特性について説明する。
ll中ム領域)が最も多く、つぎにN1層の中央部(I
t中中質領域が多く、最も少い場所はN −Ni層近!
II(1!iEl中C領域)であるe本発明の高速ダイ
オードは第111に示す構成で形成することにより第4
図に示した如くライフタイムキラーの#I度分布を容品
に得ることが特徴である・ つぎl(N4図に示すライフタイムキラー濃度分布を有
するダイオードの逆回復特性について説明する。
導過状態番こある本ダイオードへ逆電圧が印加されると
、導通時のキャリアはP −Nl 111合を中心とし
て正孔はアノード電極へ、電子はカソード電極へ向って
移動する一方、P−N1接舎近傍のライフタイムキラー
−直に依存して再結舎が行われ、キャリア鏝度が減少し
て行き、P−Nl接合近傍は逆電圧の値に応じた厚みを
もって空乏層化される。
、導通時のキャリアはP −Nl 111合を中心とし
て正孔はアノード電極へ、電子はカソード電極へ向って
移動する一方、P−N1接舎近傍のライフタイムキラー
−直に依存して再結舎が行われ、キャリア鏝度が減少し
て行き、P−Nl接合近傍は逆電圧の値に応じた厚みを
もって空乏層化される。
このと会空乏層の厚みはP−Nl接合の接合面よりN1
層の方向に向って拡がって行く〇一般的にみてスイッチ
ング時にダイオードへ印加される逆電圧は定格電圧の1
15〜”/zo II !であるから、逆電圧印加によ
って生じる空乏層厚みは概念的にN1層の中央部または
それ以下まで拡がると考えてよい・このため空乏層厚み
内のライフタイムキラー濃度が高いほど、空乏層内のキ
ャリアは急激な変化を示すため逆回復電流も急激な変化
を示す。
層の方向に向って拡がって行く〇一般的にみてスイッチ
ング時にダイオードへ印加される逆電圧は定格電圧の1
15〜”/zo II !であるから、逆電圧印加によ
って生じる空乏層厚みは概念的にN1層の中央部または
それ以下まで拡がると考えてよい・このため空乏層厚み
内のライフタイムキラー濃度が高いほど、空乏層内のキ
ャリアは急激な変化を示すため逆回復電流も急激な変化
を示す。
つぎに空乏層の外側(Ni層の中央部からN+層まで)
へ移動したキャリアーは、ライフタイムキラー濃度の低
い領域へ移るので、この場所ではキャリアは再結舎によ
り緩やか化減衰するため逆回復電流も緩やかな変化を示
す・ 以上の説明から理解されるように本ダイオードのスイッ
チング時の逆回復電流は、逆回復電流が流れ始めた前期
は急激な電流変化を示す5nap−off善性が現れ、
後半期には緩やかな電流炭化を示す8oft Reco
very 4I性が現れ、本特許の目的とする2段階の
電流変化を示す逆回復特性を得ることができる0 第5図は上述した状態を説明するための逆回復時の電流
波形を示した説明図である。
へ移動したキャリアーは、ライフタイムキラー濃度の低
い領域へ移るので、この場所ではキャリアは再結舎によ
り緩やか化減衰するため逆回復電流も緩やかな変化を示
す・ 以上の説明から理解されるように本ダイオードのスイッ
チング時の逆回復電流は、逆回復電流が流れ始めた前期
は急激な電流変化を示す5nap−off善性が現れ、
後半期には緩やかな電流炭化を示す8oft Reco
very 4I性が現れ、本特許の目的とする2段階の
電流変化を示す逆回復特性を得ることができる0 第5図は上述した状態を説明するための逆回復時の電流
波形を示した説明図である。
本ダイオードの逆回復4I性は5nap−off %性
を示すd I L/d tの大きい領域8と8oft
Recovery 4I性を示すd l vd tの小
さい領域9が出現する0高遮ダイオードで4HCI!!
な点は領域9のdlV’dtを小さく押えることであり
、本発明ではこれが可能になった・つぎに本lI明によ
る高速ダイオードの一実施例の調造工程を第6図を用い
て説明する。
を示すd I L/d tの大きい領域8と8oft
Recovery 4I性を示すd l vd tの小
さい領域9が出現する0高遮ダイオードで4HCI!!
な点は領域9のdlV’dtを小さく押えることであり
、本発明ではこれが可能になった・つぎに本lI明によ
る高速ダイオードの一実施例の調造工程を第6図を用い
て説明する。
な口第1図と同一符号は同一または相幽部分を示す。
まず、ダイオードウェファの製作化ついて説明すると基
板シリコンとして比抵抗7001のN形シリコンで厚み
G、li?ms直11:Hmが使用される〇予め基板シ
リコンの片面には、P形不純物のボロンを用いて2層3
が50JMの厚みで形成されており、傭のIIKはNj
ill不純物のリンを用いて表面濃度的I X 1G
a@oms/ccで厚み30Jの8層5が形成され、N
1j14が180−を有し、かつ基−全面に酸化膜10
を有した円板状シリコンが準備される。
板シリコンとして比抵抗7001のN形シリコンで厚み
G、li?ms直11:Hmが使用される〇予め基板シ
リコンの片面には、P形不純物のボロンを用いて2層3
が50JMの厚みで形成されており、傭のIIKはNj
ill不純物のリンを用いて表面濃度的I X 1G
a@oms/ccで厚み30Jの8層5が形成され、N
1j14が180−を有し、かつ基−全面に酸化膜10
を有した円板状シリコンが準備される。
つぎにダイオードウェファの逆回復時間を小さくするた
めKp層層面面上酸化膜10を除去して、この面に対し
て真空蒸着にて金が蒸着され、820°0のa直で60
分間の熱処理が行われる。この熱処理によって金の磯直
分布は菖4図に示すB、C,Dノ!111 領域となる0金濃共がC領域で減少する塩山4よ、金が
N”jl Bにゲッターされるためである。金のゲッタ
ー効果はリンを拡散して形成したN層が特に有効であり
本特許の一つの特徴となっているOこの熱処理後、表面
を被っている酸化膜10を除去し、PjlBの間化対し
てはアノード電極1となる直径1stlls厚み40#
を有する金−ガリウム箔(金95−、ガリウム5−)を
置き、8層5の面に対してはダイオードウェファと同価
のタングステ行ひ一体に固着されるO 固着の際の熱処理温度は、前述の金の熱処理温度が前述
の金の熱処理で得た濃度よりも高くなる温度が必要であ
る・本発明のN1論例では固着温度を860℃にして5
〜lO分間熱処理を行い、再結晶層の2層2の厚みを2
0〜25声にして小らを得ることができた働 以上説明したような二つの熱処理工程を経て第4111
に示されるA、B、Cのごとく三つの領域を示す金の濃
度分布を11現することがで合る0固着完成後、電圧阻
止接合であるP−N1接会は球面研磨法等により負ベベ
ルに整形された後にベベル面に対して化学研塵、表面保
護膜形成等がなされてダイオードが完成する・、 このようにして製作されたダイオードの定格は1!10
ム、2000Vで逆回復時間は約2μ−であり、舎た− な詔、逆關復電荷一定条件としては、原電流300ム、
屓電滝降下率50A/μ8で行った。
めKp層層面面上酸化膜10を除去して、この面に対し
て真空蒸着にて金が蒸着され、820°0のa直で60
分間の熱処理が行われる。この熱処理によって金の磯直
分布は菖4図に示すB、C,Dノ!111 領域となる0金濃共がC領域で減少する塩山4よ、金が
N”jl Bにゲッターされるためである。金のゲッタ
ー効果はリンを拡散して形成したN層が特に有効であり
本特許の一つの特徴となっているOこの熱処理後、表面
を被っている酸化膜10を除去し、PjlBの間化対し
てはアノード電極1となる直径1stlls厚み40#
を有する金−ガリウム箔(金95−、ガリウム5−)を
置き、8層5の面に対してはダイオードウェファと同価
のタングステ行ひ一体に固着されるO 固着の際の熱処理温度は、前述の金の熱処理温度が前述
の金の熱処理で得た濃度よりも高くなる温度が必要であ
る・本発明のN1論例では固着温度を860℃にして5
〜lO分間熱処理を行い、再結晶層の2層2の厚みを2
0〜25声にして小らを得ることができた働 以上説明したような二つの熱処理工程を経て第4111
に示されるA、B、Cのごとく三つの領域を示す金の濃
度分布を11現することがで合る0固着完成後、電圧阻
止接合であるP−N1接会は球面研磨法等により負ベベ
ルに整形された後にベベル面に対して化学研塵、表面保
護膜形成等がなされてダイオードが完成する・、 このようにして製作されたダイオードの定格は1!10
ム、2000Vで逆回復時間は約2μ−であり、舎た− な詔、逆關復電荷一定条件としては、原電流300ム、
屓電滝降下率50A/μ8で行った。
第 ill
嬉ll111は本実施例によって製作された素子と従来
製作されていた同定格の素子を比較したものである。第
1111Iから理解されるように本発明による素子は、
逆回復時間が小さく、サイリスタに与えるdマ/dt耐
量に大きな影譬力をもつ111/dtが従来の素子より
も低減された高速ダイオードが製作可能となった◎この
ためサイリスタ応用技術面に寄与する効果が極めて大き
いものである・
製作されていた同定格の素子を比較したものである。第
1111Iから理解されるように本発明による素子は、
逆回復時間が小さく、サイリスタに与えるdマ/dt耐
量に大きな影譬力をもつ111/dtが従来の素子より
も低減された高速ダイオードが製作可能となった◎この
ためサイリスタ応用技術面に寄与する効果が極めて大き
いものである・
第1図は5nap−off ’Pi性を有するダイオー
ドの逆回復時の電流tIL形の説明り第allは 8o
ftRecov@ry 4I惟を有するダイオードの逆
回復時の電流波形の説明図、第3図は本発明の一実施例
を示す高速ダイオードの部分断面図、第4図は本発明ダ
イオードの金機度分布を示した説明図、WJ5図はその
逆回復時の電流波形を示した説明図、第6図は本発明の
高速ダイオードの一実施例の製造工程を示す縦断面図で
あるO 1、・・・、アノード電極、2・・・・・P+層、3・
・・・・・P層、4 ・・・・N1層、5・・・・・N
+層、6・・・・・・金属ろう、7・・・・・・支持電
極、10・・・・・酸化膜O特許出願人 東洋電機製造株式会社 代表者 土 井 厚 瀾 1図 1図 83図 第4W 第 5 図 ′46凶 手続補正書(自発) WB和66都10月J日 轡許庁長實 殿 1、事件の表示 喝$88年畳許履jlllH14・希 i 発−の本称 高速ダイオード 龜 補正をする者 事件との関係 畳許出願人 郵便曹4) 1G4 東京都中央区八重洲二丁@1番2号 嘴麟書のrawの簡単な説明」の欄 !L @正の内容 (1)@細書第11頁第1行目「ダイオードの金機度分
布を・・・・・・」を「ダイオードの会議度分布を・・
・・・・」に訂正する。
ドの逆回復時の電流tIL形の説明り第allは 8o
ftRecov@ry 4I惟を有するダイオードの逆
回復時の電流波形の説明図、第3図は本発明の一実施例
を示す高速ダイオードの部分断面図、第4図は本発明ダ
イオードの金機度分布を示した説明図、WJ5図はその
逆回復時の電流波形を示した説明図、第6図は本発明の
高速ダイオードの一実施例の製造工程を示す縦断面図で
あるO 1、・・・、アノード電極、2・・・・・P+層、3・
・・・・・P層、4 ・・・・N1層、5・・・・・N
+層、6・・・・・・金属ろう、7・・・・・・支持電
極、10・・・・・酸化膜O特許出願人 東洋電機製造株式会社 代表者 土 井 厚 瀾 1図 1図 83図 第4W 第 5 図 ′46凶 手続補正書(自発) WB和66都10月J日 轡許庁長實 殿 1、事件の表示 喝$88年畳許履jlllH14・希 i 発−の本称 高速ダイオード 龜 補正をする者 事件との関係 畳許出願人 郵便曹4) 1G4 東京都中央区八重洲二丁@1番2号 嘴麟書のrawの簡単な説明」の欄 !L @正の内容 (1)@細書第11頁第1行目「ダイオードの金機度分
布を・・・・・・」を「ダイオードの会議度分布を・・
・・・・」に訂正する。
Claims (1)
- Ni1II母材から成るシリコン基板の片11KP形不
純物を、偽の一面iCN形不純物を拡散して形成したp
=At−N”@台構造ダイオードウェファの逆回復電荷
を小さくするために、P層表面よりライフタイムキラー
である金を熱拡散した前記ダイオ゛−ドウエファに対し
て、P層表面に電極を形成するに際して金を主成分とし
た電極材料を用い、この電極と前記1層を固着する鶏処
履温度を、前記金竺散亀直よりも高く設定してこの電極
から金を高い機11てP−Nlll舎近くに拡散形成し
たことを特徴とする高速ダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56132140A JPS5833875A (ja) | 1981-08-25 | 1981-08-25 | 高速ダイオ−ド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56132140A JPS5833875A (ja) | 1981-08-25 | 1981-08-25 | 高速ダイオ−ド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5833875A true JPS5833875A (ja) | 1983-02-28 |
Family
ID=15074291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56132140A Pending JPS5833875A (ja) | 1981-08-25 | 1981-08-25 | 高速ダイオ−ド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5833875A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60198778A (ja) * | 1984-03-23 | 1985-10-08 | Toshiba Corp | スイツチング素子 |
| JPH0846221A (ja) * | 1994-07-29 | 1996-02-16 | Origin Electric Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
-
1981
- 1981-08-25 JP JP56132140A patent/JPS5833875A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60198778A (ja) * | 1984-03-23 | 1985-10-08 | Toshiba Corp | スイツチング素子 |
| JPH0846221A (ja) * | 1994-07-29 | 1996-02-16 | Origin Electric Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
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