JPS59143370A - 半導体整流装置 - Google Patents

半導体整流装置

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JPS59143370A
JPS59143370A JP58016032A JP1603283A JPS59143370A JP S59143370 A JPS59143370 A JP S59143370A JP 58016032 A JP58016032 A JP 58016032A JP 1603283 A JP1603283 A JP 1603283A JP S59143370 A JPS59143370 A JP S59143370A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
semiconductor layer
rectifier
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP58016032A
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English (en)
Inventor
Masami Naito
正美 内藤
Yoshiteru Shimizu
清水 喜輝
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D8/00Diodes

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  • 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体整流装置、特に整流用ダイオードに関す
る。
〔従来技術〕 電子計算機およびそれに連なる各種端末機器、あるいは
各種システム機器の′電源として、比較的低電圧の直流
安定化電源全装する。商用交流電源から低電圧の直流安
定化電源を得るためには種々の方法があるが、小型、高
効率の特徴を持つスイッチングレギュレータ方式が優れ
ている。
上述のような電源に用いられる整流用ダイオードとして
は低損失性、安定性および高速性が要求されるが、従来
公知のダイオードではこれらの点で不満足であった。す
なわち、第1図にその例を示す周知のショットキバリヤ
ダイオードでは逆方向漏れ電流が大きくかつ耐圧が数十
■程腿と低く熱的に不安定であるという欠点があった。
また、第2図にその1例を示すpn接合型のダイオード
では比較的高耐圧が得られるが低損失性が十分でないと
いう欠点があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、従来の整流ダイオードの欠点を解決し
、低損失性、高速性に優れると共に高耐圧の半導体整流
装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
不発羽生導体整流装置の特徴とするところは、一対の主
電極間の半導体基体が、主電流通路となる第1の領域と
主電流通路全実質的にとり囲、むように設けられ、pn
接合を有し、このpn接合が逆バイアスされたときに生
じる空乏層により主電流通路全ピンチオフする機能金有
する第2の領域とからなシ、第1の領域の少くともピン
チオンされる部分に重金属又は格子欠陥等のキャリヤ補
償作用を引起す手段全導入したことにある。
このように主電流上流す第1の領域と主電流を実質的に
流さない第2の領域とを備え、逆阻止状態においては第
2の領域で生じる空乏層によって第1の領域がピンチオ
ンされ逆電流が阻止される構成となっているので、第1
の領域の構造を高耐圧化とは一般に相反する関係にある
低損失かつ高速化という点のみから設計でき、よって低
損失、高速、高耐圧を備えた半導体基体内Rを実現でき
る。また、第1の領域のピンチオンされる部分はキャリ
ヤ補償作用により抵抗率が高くなっているので、pn接
合からの静電的影響音強く受はピンチオフ効果が強くな
るので、ピンチオフ會起すための構造寸法上の制限が大
幅に緩和され、素子製造が極めて容易になる。
〔発明の実施例〕
以下、実禰例として示した図面により本発明の詳細な説
明する。
第3図及び第4図において、一対の主表面101及び1
02を有する半導体基体100は、一対の主表面間に、
カソード電極5にオーミック接触するn層型層1、層1
に隣接しそれよりも低濃度のn型ベース層2、層2に隣
接して層2との間にpn接合を形成しアノード電極6に
達するストライプ状のp+型層3および層3よりも薄く
て低濃度のp型層4を有し、少くとも層2の概略1oで
示す領域には金(Au)がドープされている1これによ
って半導体基体内に、n層層の第1の部分la、n層の
第1の部分2b及び9層4とで構成され7’(第1の積
層構造部Iと、n層層の第2の部分1b、n層の第2の
部分2b、p+層3とで構成され第1の積層構造部Iを
包囲する第2の積層構造部■とが形成される。一方の主
表面102に露出するprt接合は、酸化膜9で保護さ
れている。
この実癩例装置の半導体基体は一辺が約4震の正方形状
である。この装置は周知の半導体製造技術を用いて作製
し得る。その−例を概略説明すれば次の通りである。
まず、n+型のシリコン単結晶ウェハを準備し、その一
方面全面に約6Ω確の抵抗率のn型シリコン単結晶層を
約15μmの厚さにエピタキシャル成長する。これをシ
リコン基板とする。次に、リン(I) )を単結晶ウェ
ハの他方面から選択的に将来ペレタイズされたとき半導
体基体周縁となる個所に拡散して他方面に露出しかつエ
ピタキシャル成長したn+層に連らなるn1型層を形成
する。
次に、単結晶ウェハの他方面から酸化膜をマスクとして
ほう素(B )を選択的に拡散してp+型層3を約5μ
mの深さに形成する。更に他方面からほう素イオンを打
込み、熱処理を施してp型層4を形成する。続いてエピ
タキシャル成長したn+層表面に金を蒸着し、約915
Cで20分熱処理して金をシリコン基板100内に拡散
させる。次に、シリコン基板100の両面の所定部に例
えばkt8 i、またはcr−Ni−Agの積層膜を蒸
着してアノード電極6およびカソード電極5を形成する
。なお、8102膜9は上述した拡散工程で、あるいは
別途CVD法等により堆積される。
この装置のアノード・カソード両電極間にアノード電極
6がカソード電極5に対して正の電位となるような屯田
を刃口えると、pnn+nn外ら成る第1の積層構造部
■に順電流の殆んどが流れる。
次に両電極間にカソード電極5がアノード電極6に対し
て正の電位となるよりな重圧を加えると、第2の積層構
造部■のp+ n  接合7から空乏層が第1の積層構
造部lll1llに伸び、第1の積j−構造部Iの10
で示した領域(以下チャネル部と称す)をピンチオフし
逆電圧が阻止される。本実I4i例では、チャネルSF
(10の抵抗率は金をドープしたことによるキャリヤ補
償作用により、もとのエピタキシャル成長層の抵抗率よ
りも高くなっており、約500Ωmである。耐圧の高い
p+ n接合7が逆電圧を阻止するので、p型層4とn
型層20間のpn接合11を、高耐圧化と一般に相反す
る高速低損失化の面のみから設計できる。本実施例では
p型層4の厚さを約1μmと薄くかつ不純物濃度を低く
しである。このようにすると、順方向動作時にn型ベー
ス層2へのキャリヤ注入量が少くなり、このため高速化
と共に、pn接合11に印加される接合域圧が低くなっ
て低損失化が図れる。
第5図及び第6図にp型層40表面不純物損度Napに
対する順電圧降下と逆回復時間t□との関係を示すが、
Nspを101!1C1n匂のオーダーにすると、通常
の10”cm−”のオーダーに比べて順電圧が約0.1
v減となり低損失に、またt rrが約1/3〜1/4
と高速になることがわかる。
第7図に、本実施例装置の嶋流密度100A/cri、
での順電圧降下を示す。チャネル部100幅Wを狭くす
ると順電圧降下が高くなるが、その増加の割合は顕著で
なく、高さ0.02V程度であり低損失性を保つ。これ
に対し、第8図に示すように、逆阻止′醒圧はチャネル
幅Wを狭くすると大幅に上昇する。Wが30μm程度の
ときには逆阻止電圧がpnn+接合11で決る値を持つ
が、Wが22μmより小さくなるとp+ n接合7の静
電効果が現れ(9) て逆阻市′ポ圧が上昇しはじめる。Wが12μmになる
と逆阻止電圧が150■と高くなり十分な効果が得られ
る。
静電効果が現れるチャネル幅及び十分な効果が得られる
チャネル幅はチャネル部10の抵抗率に依存し、抵抗率
が高くなる程広くなる。第9図はこの関係を示した図で
ある。チャネル部10の抵抗率は、エピタキシャル層の
抵抗率と金などのキャリヤ補償作用を起す不純物の拡散
温度を制御して調節できる。
第9図で実線で示す21.22は本実施例のように半導
体層2がn型の場合、破線で示す31゜32は本実施例
とはpm、n型領域が全て逆になり、層2がp型の場合
である。このように、p型。
n型を逆にしても本実姉例と同様の効果が得られる。2
1.31は静電効果が現れて逆阻止電圧が上りはじめる
チャネル幅を表し、22.32は十分な効果を得られる
チャネル幅を示す。この図かられかるように、チャネル
幅を容易に実現できる寸法として3μm以上とすると、
層2がn型の場(10) 合にはチャネル部の抵抗率が9Ωm以上で逆阻止電圧上
昇の効果を得られ、33Ω口以上で150■以上の高耐
圧と十分な効果を得られる。層2がp型の場合には、対
応する抵抗率はそれぞれ27Ωm及び100Ω鋸である
第10図は本発明の他の実施例の断面構造図であり、第
4図と同じところは、同じ符号で示しである。本実施例
が第3図及び第4図の実施例と異なるところは、第1の
積層構造部Iにおいて、p型層4がなく、n型層2とア
ノード電極6の間にショットキバリヤ12が形成されて
いる点にある。
この構造では、主電流通路の接合がpn接合でなくショ
ットキ接合なので第3図及び第4図の実施例の場合よシ
も高速かつ低損失になり、高耐圧化については光の実姉
例と同様の効果が得られる。
第11図に、このような構造で逆阻止電圧が上りはじめ
るチャネル幅とチャネル部抵抗率の関係41.51と1
50Vの高耐圧を得られるチャネル幅とチャネル部抵抗
率の関係42.52を示す。
41.42は層2が本実施例のようにn型の場合、(1
1) 51.52は第10図の構造とp型、n型を反転し、層
2がp型の場合である1図示のように、層2がn型の場
合、チャネル部の抵抗率が9Ωm以上で逆阻止電圧上昇
の効果を得られ、166Ω画以上で十分な効果が得られ
る。層2がp型の場合、対応する抵抗率はそれぞれ27
Ωz、5ooΩcn1である。
第12図は本発明の更に他の実症例による断面構造図で
ある。本実施例が第3図及び第4図の実施例と異なると
ころは半導体層4がp型ではなくn+型であり、層2が
層4を介してアノード電極6にオーム性の接続をしてい
る点にある。この構造では第1の積層構造部Iに整流性
の接合がないので、高耐圧を出すのは難しいが、より高
速低損失の素子が得られる利点がある。チャネル幅が広
いと整流性が得られにくいが、チャネル幅を狭くすると
整流効果が現れる。
第13図にチャネル幅とチャネル部抵抗率の関係を示す
。実線61.62は層2がn型の場合、破線71.72
は本実施例とp型、n型を逆転し、(12) 層2がp型になっている場合である。61.71は整流
ダイオードとして実用に供することのできる逆阻止電圧
50Vを得られるチャネル幅、62゜72は100■の
良好な逆阻止電圧を得られるチャネル幅を示す。図示の
ようにチャネル幅を実用的な加工寸法3μmとして、層
2がn型の場合、チャネル部抵抗率が71Ωロ以上、好
ましくは1.100Ω口以上で良好な逆阻止覗圧を得ら
れる。
層2がp型の場合、対応する抵抗率はそれぞれ210Ω
cnr 、 3,300Ωmである。
以上、本発明を特定の実施例について説明したが、本発
明はこれらに限られることなく、例えば、キャリヤ補償
作用を起す不純物として全以外のものを用いる場合にも
適用することができる。例えば白金を用いることができ
、この場合キャリヤ補償作用が弱いのでドープ前の層2
の抵抗率を高くすることを要求されるが、金を用いた場
合よりも逆漏れ電流が少いという効果がある。もちろん
キャリヤ補償作用を引起すものであれば他の不純物をド
ープしても良く、また、例えば放射線照射等(13) によって導入された格子欠陥等を利用しても良い。
また、素子の構造も第3図、第4図、第10図。
第12図の第1の積層構造部Iがストライプ状でも良い
し、それ以外、例えば、円形、角形9曲線状で第2の積
層構造部■がそれを包囲するようにしてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、高速、低損失、高
耐圧の特性を。つ半導体整流装置を容易に製造すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は従来例の整流ダイオードの断面構造
図、第3図及び第4図は本発明の一実施例の構造を示す
概略図、第5図ないし第8図は本発明の一長施例の特性
を説明するための各種特性図、第9図は本発明の一実施
例の構造による効果を説明するだめの図、第10図は他
の実施例の構造を示す概略図、第11図は他の実施例の
構造による効果を説明するだめの図、第12図は本発明
のさらに他の実砲例の構造を示す概略図、第13(14
) 図はこの実施例の構造による効果を説明するための図で
ある。 1・・・n+型層、2・・・n型ベース層、3・・・p
+型層、5・・・カソード電極、6・・・アノード電極
、10・・・チ(15) 351− 第 乙 霞 (へン “[−7′□3  @u【 N5F(c/rrL−3) ナヤ辛)し 暢 W ()’机) 拓8図 午ヤ和し 幅 W  (%帆) 午ヤキJし都J艮Jた本 (え。1) 第 10 図 拓71図 午ヤ午jし都右(J電車(几C叛) 菊 /Z 図 第 /3 関 ヂャ挙ル郵抵読十(Ac恨)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、一対の主表面を有する半導体基体と、半導体基体の
    両生表面にコンタクトする一対の主電極と金有し、半導
    体基体は一方の主表面に隣接する一方導゛眠型の第1の
    半導体層の第1の部分と、第1の半導体層に隣接し第1
    の半導体層より低い不純物濃度を有する一方導成型の第
    2の半導体層の第1の部分と、第2の半導体層の第1の
    部分と他方の主表面に隣接し、第2の半導体層の第1の
    部分との間にpn接合を形成する他方導電屋の第3の半
    導体層からなる一方の積層構造部と、第1の半導体層の
    $2の部分と、第2の半導体層の第2の部分とで形成さ
    れ一方の積層構造部で包囲された他方の積層構造部とか
    ら成9、他方の積層構造部は一方の積層構造部のpn接
    合を逆バイアスした時に生じる空乏層の拡がりによって
    ピンチオフされる寸法形状となっており、かつ他方の積
    層構造部の第2の半導体層の第2の部分の少くとも空乏
    層によってピンチオンされる個所にはキャリヤ補償作用
    を引起す手段が導入されていること’t%徴とする半導
    体整流装置。 2、特許請求の範囲第1項において、他方の積層構造部
    が、第2の半導体層の第2の部分及び他方の主表通に隣
    接し、第2の半導体層の第2の部分との間にpnn金合
    金形成第3の半導体層よりも低不純濃度でかつ厚さの薄
    い他方導電型の第4の半導体層を有することを特徴とす
    る半導体整流装置。 3、t¥i許稍求の範囲第1項において、他方の積層構
    造部の第2の半導体層の第2の部分が、主電極の一方と
    整流性の接触をすることを特徴とする半導体整流装置。 4、特許請求の範囲第1項において、他方の積層構造部
    の第2の半導体層の第2の部分が、主電極の一方とオー
    ム性の低抵抗接続をしていることを特徴とする半導体整
    流装置。 5、特許請求の範囲第4項において、他方の積層構造部
    の第2の半導体層の第2の部分が、それよシも高不純物
    製置の一方導電型の第5の半導体層を介して主1JL&
    の一方に低抵抗接続していることを特徴とする半導体整
    流装置。 6、%許請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項、
    或いは第5項において、キャリヤ補償作用を有する手段
    が、重金F4原子を含む不純物でおること全特徴とする
    半導体!@流装置。 7、特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項、
    或いは第5項において、キャリヤ補償作用を引起す手段
    が半導体中の格子欠陥であることを特徴とする半導体整
    流装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5017976A (en) * 1988-12-02 1991-05-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device having intermediate layer for pinching off conductive path during reverse bias application
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