JPH0797650B2 - アノード側ｐ領域と、隣接する低ドーピングされたｎベース領域とを有する半導体構成素子 - Google Patents
アノード側ｐ領域と、隣接する低ドーピングされたｎベース領域とを有する半導体構成素子Info
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- JPH0797650B2 JPH0797650B2 JP62505703A JP50570387A JPH0797650B2 JP H0797650 B2 JPH0797650 B2 JP H0797650B2 JP 62505703 A JP62505703 A JP 62505703A JP 50570387 A JP50570387 A JP 50570387A JP H0797650 B2 JPH0797650 B2 JP H0797650B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/083—Anode or cathode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices
- H01L29/0834—Anode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices, e.g. supplementary regions surrounding anode regions
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は請求範囲１の上位概念による半導体構成素子に
関する。
関する。
電力整流器ダイオードはP+NN+領域構造を有し、従つて
Ｐ−ないしＮ−導電形の２つの高ドーピングされた領域
（これら領域は半導体デイスクの表面に隣接している）
と、その間に位置する低ドーピングされた１つの領域
（これは一般にＮ導電形を有する）とから成る。
Ｐ−ないしＮ−導電形の２つの高ドーピングされた領域
（これら領域は半導体デイスクの表面に隣接している）
と、その間に位置する低ドーピングされた１つの領域
（これは一般にＮ導電形を有する）とから成る。
高速整流器ダイオードにより要求されることは十分小さ
い順方向電圧と十分小さい阻止電流のほかに、次のこと
がある、即ち導通状態から転流の際逆方向電流ピーク及
び蓄積時間が小さく、かつ株に逆方向電流最大値のほう
に向つての逆方向電流の低下がわずかな急峻度で行なわ
れる（ソフト−リカバリー特性）ことである。このこと
を或程度まで行なわせ得る公知手段によれば、金、白金
又は、電子−，ガンマ−，又はプロトン照射により生ぜ
しめられた欠陥のような再結合中心によるキヤリア寿命
の低減に存する。
い順方向電圧と十分小さい阻止電流のほかに、次のこと
がある、即ち導通状態から転流の際逆方向電流ピーク及
び蓄積時間が小さく、かつ株に逆方向電流最大値のほう
に向つての逆方向電流の低下がわずかな急峻度で行なわ
れる（ソフト−リカバリー特性）ことである。このこと
を或程度まで行なわせ得る公知手段によれば、金、白金
又は、電子−，ガンマ−，又はプロトン照射により生ぜ
しめられた欠陥のような再結合中心によるキヤリア寿命
の低減に存する。
上記手法の欠点は阻止電流が再結合中心密度に比例して
増大し、特に有効な再結合レベルのもとでバンドギヤツ
プの中心の付近で過度に高いものとなり得ることであ
る。このような現象ないし作用は金（これはその他の有
利な特性のため最も頻繁に用いられる）の場合、比較的
に高い温度下で極めて不都合な影響を及ぼすのである。
上記現象ないし作用により、許容金濃度、ひいてはリカ
バリ（回復）特性の改善度が制限される。
増大し、特に有効な再結合レベルのもとでバンドギヤツ
プの中心の付近で過度に高いものとなり得ることであ
る。このような現象ないし作用は金（これはその他の有
利な特性のため最も頻繁に用いられる）の場合、比較的
に高い温度下で極めて不都合な影響を及ぼすのである。
上記現象ないし作用により、許容金濃度、ひいてはリカ
バリ（回復）特性の改善度が制限される。
順方向電圧を考慮しても、再結合中心密度は過度に大で
あつてはならない、すなわちキヤリヤ寿命は過度に小に
選定されてはいけない。
あつてはならない、すなわちキヤリヤ寿命は過度に小に
選定されてはいけない。
（Ｄ両極性拡散定数、高注入の際のτキヤリヤ寿命）が
２より大である場合、順方向電圧は により指数関数的に上昇し、過度に大になる。リカバリ
特性にとつて重要な蓄積電荷も、τと共に下方に向つて
制限される。付加的制限を加えるのは、過度補償の回避
をするには再結合中心濃度はＮベース領域の通常の伝導
性ドーピング（これは所望の阻止能によつて定められ
る）を著しく下回わらなければならないことである。こ
の条件が充足されない場合は電流パルス印加の際当初過
度に高いダイナミックな電圧ピークが生じ、順方向特性
回復時間（この時間の後順方向電圧は初期の高まりの10
％を除いて定常値に近づいている）は過度に大となる。
このことからも、調整すべきキヤリヤ寿命に対して、下
回つてはいけない下限が設けられる。この条件は多くの
場合、定常的順方向特性による制限より厳しいものであ
る。
２より大である場合、順方向電圧は により指数関数的に上昇し、過度に大になる。リカバリ
特性にとつて重要な蓄積電荷も、τと共に下方に向つて
制限される。付加的制限を加えるのは、過度補償の回避
をするには再結合中心濃度はＮベース領域の通常の伝導
性ドーピング（これは所望の阻止能によつて定められ
る）を著しく下回わらなければならないことである。こ
の条件が充足されない場合は電流パルス印加の際当初過
度に高いダイナミックな電圧ピークが生じ、順方向特性
回復時間（この時間の後順方向電圧は初期の高まりの10
％を除いて定常値に近づいている）は過度に大となる。
このことからも、調整すべきキヤリヤ寿命に対して、下
回つてはいけない下限が設けられる。この条件は多くの
場合、定常的順方向特性による制限より厳しいものであ
る。
再結合中心の局在分布は一般にそれぞれの技術如何によ
つて定められ、要するに、最適の整流器特性に必要なよ
うにそのまま選定されるわけにはゆかない。プロトン照
射の手法の場合のみ著しく好都合な中心分布が得られる
ものの、そのようなプロトン照射法は高価な手法であつ
て、これまで半導体構造には使用されない。他の照射方
法も、それによつては一般には製造工場にてもキヤリヤ
寿命調整を行ない得ないという欠点がある。
つて定められ、要するに、最適の整流器特性に必要なよ
うにそのまま選定されるわけにはゆかない。プロトン照
射の手法の場合のみ著しく好都合な中心分布が得られる
ものの、そのようなプロトン照射法は高価な手法であつ
て、これまで半導体構造には使用されない。他の照射方
法も、それによつては一般には製造工場にてもキヤリヤ
寿命調整を行ない得ないという欠点がある。
整流器ダイオードのリカバリ特性の改善のため、ヨーロ
ツパ特許出願公開第0090722号公報から公知の半導体構
造では低ドーピングされたＮ−ベース領域と高ドーピン
グされたN+−区域との間に、1014〜1016/cm3の範囲内に
ある平均的ドーピング濃度のＮ−領域が設けられてい
る。上記の中間領域の作成のためは著しい技術的コスト
が必要であると、それというのは上記領域は出発シリコ
ンにてエピタキシヤル成長により作成されるか又は付加
的拡散手段により近似せしめられなければならないから
である。殊に、ダイオード特性のそのようにして行なわ
れ得る改善は極く些細なものである、それというのは空
間電荷領域の構成は急激な電圧上昇の際逆方向電流ピー
クの時に、構造（ストラクチユア）におけるアノードに
流れる自由ホールによつて決定され上記のホールにより
正の空間電荷が著しく高められるからである。従つて、
空間電荷領域は逆方向電流ピークに達すると短時間では
平均的ドーピング濃度領域のところまで突き抜けず、そ
の結果逆方向電流が既に小さくなつているときはじめて
当該領域はリカバリ（回復）特性に作用を及ぼす。
ツパ特許出願公開第0090722号公報から公知の半導体構
造では低ドーピングされたＮ−ベース領域と高ドーピン
グされたN+−区域との間に、1014〜1016/cm3の範囲内に
ある平均的ドーピング濃度のＮ−領域が設けられてい
る。上記の中間領域の作成のためは著しい技術的コスト
が必要であると、それというのは上記領域は出発シリコ
ンにてエピタキシヤル成長により作成されるか又は付加
的拡散手段により近似せしめられなければならないから
である。殊に、ダイオード特性のそのようにして行なわ
れ得る改善は極く些細なものである、それというのは空
間電荷領域の構成は急激な電圧上昇の際逆方向電流ピー
クの時に、構造（ストラクチユア）におけるアノードに
流れる自由ホールによつて決定され上記のホールにより
正の空間電荷が著しく高められるからである。従つて、
空間電荷領域は逆方向電流ピークに達すると短時間では
平均的ドーピング濃度領域のところまで突き抜けず、そ
の結果逆方向電流が既に小さくなつているときはじめて
当該領域はリカバリ（回復）特性に作用を及ぼす。
さらに、PNN+−整流器ダイオード（TEEE Trans.Electro
n Dev.ED−31、1984年第1314頁）ではラテラル（横方
向）で小さなチヤネル領域区分にてアノード側Ｐ領域の
厚さＷ及び、ドーピング濃度Ｐはわずかである、例えば Ｒ＝５×1015/cm3,かつＷ＝１μｍ 他の面領域区分では遥かに大である、例えば Ｐ＝４×1018/cm3,且Ｗ＝５μｍ である。チヤネル領域区分のラテラル（横方向）寸法は
（拡がり）２μｍのオーダである。わずかなドーピング
濃度及び厚さのＰ領域−各区分によつては順方向（導
通）動作の際Ｎベース領域のＰ側にて注入荷電キヤリヤ
のわずかな濃度が生ぜしめられ、それにより良好なリカ
バリ特性を得るものである。逆方向（遮断、阻止）負荷
の際はチヤネル領域区分がスタチツクに遮蔽され、その
結果空間電荷領域はＰ領域のわずかなドーピング濃度及
び厚さにも拘らず当該の領域区分にて表面のところまで
は突き進まない。上記構造の欠点となるのはそのように
してはたんにほぼ150Vまでの阻止能しか得られず、当該
構造は高電圧にも不適であるそれというのは順電圧が過
度に大になるからである）。また、別の欠点となるのは
ラテラルのＰ領域構造（ストラクチユア）における個々
の偏差及び欠陥によつて阻止能の著しい損失が惹起さ
れ、その結果その種の大面積ダイオードの場合の不良発
生率が過度に大になり経済性の点で適用上問題が起こ
る。
n Dev.ED−31、1984年第1314頁）ではラテラル（横方
向）で小さなチヤネル領域区分にてアノード側Ｐ領域の
厚さＷ及び、ドーピング濃度Ｐはわずかである、例えば Ｒ＝５×1015/cm3,かつＷ＝１μｍ 他の面領域区分では遥かに大である、例えば Ｐ＝４×1018/cm3,且Ｗ＝５μｍ である。チヤネル領域区分のラテラル（横方向）寸法は
（拡がり）２μｍのオーダである。わずかなドーピング
濃度及び厚さのＰ領域−各区分によつては順方向（導
通）動作の際Ｎベース領域のＰ側にて注入荷電キヤリヤ
のわずかな濃度が生ぜしめられ、それにより良好なリカ
バリ特性を得るものである。逆方向（遮断、阻止）負荷
の際はチヤネル領域区分がスタチツクに遮蔽され、その
結果空間電荷領域はＰ領域のわずかなドーピング濃度及
び厚さにも拘らず当該の領域区分にて表面のところまで
は突き進まない。上記構造の欠点となるのはそのように
してはたんにほぼ150Vまでの阻止能しか得られず、当該
構造は高電圧にも不適であるそれというのは順電圧が過
度に大になるからである）。また、別の欠点となるのは
ラテラルのＰ領域構造（ストラクチユア）における個々
の偏差及び欠陥によつて阻止能の著しい損失が惹起さ
れ、その結果その種の大面積ダイオードの場合の不良発
生率が過度に大になり経済性の点で適用上問題が起こ
る。
高速サイリスタにより要求されるのは、小さなターンオ
フ時間のほかに、伝導（導通）状態からの転流の際逆方
向電流ピークが小さくかつ逆方向電流積分値が小さいこ
とである。この要求は整流器ダイオードについて前述し
た如く、公知のサイリスタでは再結晶中心を以てのドー
ピングによつては不十分にしか実現、充足されない、そ
れというのは十分な順方向（導通）特性及び十分小さい
逆方向（阻止）電流という付随的必要性に基づきそれの
適用可能性が制限されているからである。
フ時間のほかに、伝導（導通）状態からの転流の際逆方
向電流ピークが小さくかつ逆方向電流積分値が小さいこ
とである。この要求は整流器ダイオードについて前述し
た如く、公知のサイリスタでは再結晶中心を以てのドー
ピングによつては不十分にしか実現、充足されない、そ
れというのは十分な順方向（導通）特性及び十分小さい
逆方向（阻止）電流という付随的必要性に基づきそれの
適用可能性が制限されているからである。
本発明の目的ないし課題とするところは、アノード側Ｐ
領域と、隣接する低ドーピングされたＮ領域とを有する
半導体構成素子であつて、良好な順方向（導通）特性及
びわずかな阻止電流と、転流の際の改善されたリカバリ
特性とを併せ備え、且つ、広い電流−、電圧領域に対し
て技術的に簡単に作成され得るものを提供することにあ
る。
領域と、隣接する低ドーピングされたＮ領域とを有する
半導体構成素子であつて、良好な順方向（導通）特性及
びわずかな阻止電流と、転流の際の改善されたリカバリ
特性とを併せ備え、且つ、広い電流−、電圧領域に対し
て技術的に簡単に作成され得るものを提供することにあ
る。
上記課題は請求範囲１中の特徴事項の構成要件により解
決される。
決される。
本発明の有利なほかの構成態様は従属クレーム中に規定
されている。
されている。
本発明により達成される利点とするところは当該半導体
構成阻止において、逆方向電流ピークが著しく低減さ
れ、かつ、最大値に向つての逆方向電流の低減が平坦で
あることにある。逆方向（阻止）電流は低減され、その
結果この半導体構成阻止は比較的高い動作温度に対して
も使用され得る。更に、この半導体構成素子は技術上高
価な照射法を用いず、且、FET素子に必要なマスキング
精密技術なしで大きな面積でも高い収率（歩留り）で作
成可能である。
構成阻止において、逆方向電流ピークが著しく低減さ
れ、かつ、最大値に向つての逆方向電流の低減が平坦で
あることにある。逆方向（阻止）電流は低減され、その
結果この半導体構成阻止は比較的高い動作温度に対して
も使用され得る。更に、この半導体構成素子は技術上高
価な照射法を用いず、且、FET素子に必要なマスキング
精密技術なしで大きな面積でも高い収率（歩留り）で作
成可能である。
次に図示の実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明の基本的な整流器ダイオード構造及び同
上各領域における荷電キヤリヤ分布の特性経過を示す。
上各領域における荷電キヤリヤ分布の特性経過を示す。
第２図は本発明の整流器ダイオード及び従来技術のそれ
における逆方向電流の時間的特性経過のダイヤグラムを
示す。
における逆方向電流の時間的特性経過のダイヤグラムを
示す。
第３図は本発明による整流器ダイオードの構成を示す。
第４図は第３図により構成された整流器ダイオードにお
ける領域構造のドーピングプロフアイルを示す。
ける領域構造のドーピングプロフアイルを示す。
第５図は種々の導通電流密度のもとでの第３図の整流器
ダイオードにおける注入された荷電キヤリヤの分布状態
を示す。
ダイオードにおける注入された荷電キヤリヤの分布状態
を示す。
第６図は高い及び低いＰ−エミツタ効率の横方向（ラテ
ラル）に交番する領域区分を有する本発明の整流器ダイ
オードの別の構成を示す。
ラル）に交番する領域区分を有する本発明の整流器ダイ
オードの別の構成を示す。
第７図は種々の電子流密度の場合における第６図の整流
器ダイオードにおけるホール濃度のラテラル（横方向）
分布状態を示す。
器ダイオードにおけるホール濃度のラテラル（横方向）
分布状態を示す。
第８図は第６図の整流器ダイオードの高いＰエミツタ効
率の領域区分の半径に依存しての注入されたホール濃度
の最大値を示す。
率の領域区分の半径に依存しての注入されたホール濃度
の最大値を示す。
第９図は種々の導通電流密度の場合における第６図の整
流器ダイオードにおける注入された荷電キヤリヤの分布
状態を示す。
流器ダイオードにおける注入された荷電キヤリヤの分布
状態を示す。
第10図は本発明の整流器ダイオードの別の構成を示す。
第11図は第10図により構成された整流器ダイオードにお
ける領域構造のドーピングプロフアイルを示す。
ける領域構造のドーピングプロフアイルを示す。
第12図は本発明のサイリスタの構成を示す。
第1a図はリカバリ特性の改善のためのＰ−領域２にて電
子シンクＳを有する整流器ダイオード１を示す。電子シ
ンクは表面によつて、又は、後述するように、Ｐ−領域
２中におけるＮ−領域によつて形成され得る。その際Ｐ
−領域２は電子シンクＳの前のところで次のように低く
ドーピングされている。即ち、順方向負荷の際高注入区
域が、電子シンクＳの近くのところまで達するように低
くドーピングされている。但し、電子シンクの前のとこ
ろでのドーピング濃度は阻止方向負荷の際空間電荷領域
が電子シンクのところまでは延び（拡がら）ないように
するのに十分なものである。詳細には図示してないが、
Ｐ−領域２はオーム接触接続のため表面にて少なくとも
部分領域区分にて高いドーピング濃度の領域を有する。
Ｐ−領域２につづいて、内側に向つて、低ドーピングさ
れたＮ−ベース領域３が、またこの領域３につづいて、
高ドーピングされたN+領域４がつづいている。
子シンクＳを有する整流器ダイオード１を示す。電子シ
ンクは表面によつて、又は、後述するように、Ｐ−領域
２中におけるＮ−領域によつて形成され得る。その際Ｐ
−領域２は電子シンクＳの前のところで次のように低く
ドーピングされている。即ち、順方向負荷の際高注入区
域が、電子シンクＳの近くのところまで達するように低
くドーピングされている。但し、電子シンクの前のとこ
ろでのドーピング濃度は阻止方向負荷の際空間電荷領域
が電子シンクのところまでは延び（拡がら）ないように
するのに十分なものである。詳細には図示してないが、
Ｐ−領域２はオーム接触接続のため表面にて少なくとも
部分領域区分にて高いドーピング濃度の領域を有する。
Ｐ−領域２につづいて、内側に向つて、低ドーピングさ
れたＮ−ベース領域３が、またこの領域３につづいて、
高ドーピングされたN+領域４がつづいている。
第1b図のダイヤグラムには順方向動作（ｔ＝０）の際及
び転流切換の開始後種々の時点における第1a図のダイオ
ードにおける電子−、ホール分布状態を示す。無段可能
なドーピング濃度を有する高注入領域区分にて電子濃度
ｎと、ホール濃度Ｐは等しい。ｎとＰの各特性カーブは
たんにNN+接合部J2にてドーピング濃度NDの上昇と共に
益々相互に離れていく。
び転流切換の開始後種々の時点における第1a図のダイオ
ードにおける電子−、ホール分布状態を示す。無段可能
なドーピング濃度を有する高注入領域区分にて電子濃度
ｎと、ホール濃度Ｐは等しい。ｎとＰの各特性カーブは
たんにNN+接合部J2にてドーピング濃度NDの上昇と共に
益々相互に離れていく。
ダイヤグラムから明かなように、Ｐ−領域２にて設けら
れた電子シンクＳにより、順方向負荷の際PN−接合部J1
の領域区分においてＰ−側にて、注入された荷電キヤリ
ヤの濃度の著しい低下が生ぜしめられる。PN接合J1′に
おける荷電キヤリヤ濃度は例えばたんにほぼ２×1616/c
m3であるが、NN+接合部J2にては１×1017/cm3より大で
ある。そのような非対称的に荷電キヤリヤ分布に基づき
転流過程の際PN接合部J1から迅速に荷電キヤリヤが消失
する。このことは転流切換の開始後ｔ＝1.4μs,1.8μs,
2.2μｓに対する荷電キヤリヤ分布から明らかである。
ｔ＝1.4μｓにおいて既に、PN接合部J1の比較的近い周
囲における注入された荷電キヤリヤの濃度は零に等し
く、その結果空間電荷領域、及び外部電圧と逆向きの相
応の阻止電圧が形成されている。逆方向電流irは阻止電
圧印加と共に低下し始めるので、逆方向電流ピークの到
達までの時間はわずかであり、それにより、一定のdi/d
tをもつての通常の転流の際わずかな逆方向電流ピーク
さえも生ぜしめられる。ただし、ダイオードにおける既
に高い電圧にも拘らず、Ｎ−ベース領域区分にてＮ−領
域４の付近にてなお多くの電荷が第１図にも同様に示さ
れているように蓄積されている。従つて電流は急峻には
途切れ（瞬断され）得ず、従つて、整流ダイオードの第
２図に示されているソフト−リカバリ特性が得られる。
第２図ではカーブａは従来技術の整流ダイオードにおけ
る逆方向電流irの時間経過を示し、カーブｂは本発明の
整流器ダイオードにおける逆方向電流の時間的経過を示
す。図から明かなように、本発明の整流器ダイオードに
おいては逆方向電流ピークｃが著しく低減され、最大値
に向つての逆方向電流irの減少状態は一層フラツト（平
坦）に経過している。
れた電子シンクＳにより、順方向負荷の際PN−接合部J1
の領域区分においてＰ−側にて、注入された荷電キヤリ
ヤの濃度の著しい低下が生ぜしめられる。PN接合J1′に
おける荷電キヤリヤ濃度は例えばたんにほぼ２×1616/c
m3であるが、NN+接合部J2にては１×1017/cm3より大で
ある。そのような非対称的に荷電キヤリヤ分布に基づき
転流過程の際PN接合部J1から迅速に荷電キヤリヤが消失
する。このことは転流切換の開始後ｔ＝1.4μs,1.8μs,
2.2μｓに対する荷電キヤリヤ分布から明らかである。
ｔ＝1.4μｓにおいて既に、PN接合部J1の比較的近い周
囲における注入された荷電キヤリヤの濃度は零に等し
く、その結果空間電荷領域、及び外部電圧と逆向きの相
応の阻止電圧が形成されている。逆方向電流irは阻止電
圧印加と共に低下し始めるので、逆方向電流ピークの到
達までの時間はわずかであり、それにより、一定のdi/d
tをもつての通常の転流の際わずかな逆方向電流ピーク
さえも生ぜしめられる。ただし、ダイオードにおける既
に高い電圧にも拘らず、Ｎ−ベース領域区分にてＮ−領
域４の付近にてなお多くの電荷が第１図にも同様に示さ
れているように蓄積されている。従つて電流は急峻には
途切れ（瞬断され）得ず、従つて、整流ダイオードの第
２図に示されているソフト−リカバリ特性が得られる。
第２図ではカーブａは従来技術の整流ダイオードにおけ
る逆方向電流irの時間経過を示し、カーブｂは本発明の
整流器ダイオードにおける逆方向電流の時間的経過を示
す。図から明かなように、本発明の整流器ダイオードに
おいては逆方向電流ピークｃが著しく低減され、最大値
に向つての逆方向電流irの減少状態は一層フラツト（平
坦）に経過している。
本発明の整流器ダイオードについて述べたことは実質的
に、順方向動作の際の類似の荷電キヤリヤ分布を有する
サイリスタの転流切換についても成立つ。
に、順方向動作の際の類似の荷電キヤリヤ分布を有する
サイリスタの転流切換についても成立つ。
第３図の整流器ダイオードの構成の場合Ｐ領域２は低ド
ーリングされた厚みのある内部Ｐ−部分領域2aと、薄い
高ドーピングされたP+表面領域2bとから成り、この領域
2bにより半導体デイスクが支持板７上に合法ないしろう
付で接合されている。Ｐ−部分領域2aには低ドーピング
されたＮベース領域３と、これにつづいて高ドーピング
されたN+領域とがつづいている。このN+領域はその表面
にてオーム接触接続層９を有する。Ｐ−部分領域2aとＮ
ベース領域３との間のPN接合部には阻止電圧が印加され
る。表面パツシベーシヨンのために整流器ダイオードは
ベベリングを有する。
ーリングされた厚みのある内部Ｐ−部分領域2aと、薄い
高ドーピングされたP+表面領域2bとから成り、この領域
2bにより半導体デイスクが支持板７上に合法ないしろう
付で接合されている。Ｐ−部分領域2aには低ドーピング
されたＮベース領域３と、これにつづいて高ドーピング
されたN+領域とがつづいている。このN+領域はその表面
にてオーム接触接続層９を有する。Ｐ−部分領域2aとＮ
ベース領域３との間のPN接合部には阻止電圧が印加され
る。表面パツシベーシヨンのために整流器ダイオードは
ベベリングを有する。
第４図に示す、第３図の整流器ダイオードのドーピング
プロフアイルから明かなように、Ｐ領域２の低ドーピン
グされた領域区分2aはたんに １×1015/cm3〜１×1016/cm3 の表面濃度を有する。その厚さは例えば40μｍである。
阻止方向負荷の際空間電荷領域Ｒはたんに当該領域内に
Ｐ側にてひろがるのみであり、要するに、最大の阻止方
向負荷の際でも表面までは達しない。このような全般的
に拡散された領域により公知のように高い阻止能が得ら
れる。これに反して、順方向動作の際、平均的ないし高
注入荷電キヤリヤ濃度の区域は小さな電流密度例えば5A
/cm2からもうすでに、表面のすぐ近くのところまで達
し、その結果上記表面は実効電子シンクとして作用する
薄いP+表面領域2bはたんにオーム接触接続のために用い
られ、それに十分なドーピング濃度を有する。その時そ
の濃度は概して３×1017/cm3より大である。表面領域2b
の厚さは次のような小さな値に選定される、即ちN+領域
４から到来する電子が当該表面領域により、この表面に
おける電子シンクのところへ流れ（ここでは上記電子は
再結合し又はトンネルプロセスにより金属中に移行す
る）るのをわずかな程度しか妨げられないような小さな
値に選定されている。有利には厚さは２μｍより小、例
えば0.2μｍに等しい値にされる。第１図を用いて説明
したように、Ｐ−側にて荷電キヤリヤ濃度は例えば5A/c
m2を上回る電流の際著しく低減される。それにより、リ
カバリ特性の所望の改善が行なわれ得る。順方向電圧
（これは再結合中心によつても、本発明のＰ領域２の構
成においても高められる）の点で可能な限り、整流器ダ
イオードは有利に付加的に再結合中心でドーピングされ
る。この理由から再結合中に密度が同等の対比可能な公
知の整流器ダイオードにおけるよりわずかであるので、
阻止電流も相応してよりわずかなものとなる。
プロフアイルから明かなように、Ｐ領域２の低ドーピン
グされた領域区分2aはたんに １×1015/cm3〜１×1016/cm3 の表面濃度を有する。その厚さは例えば40μｍである。
阻止方向負荷の際空間電荷領域Ｒはたんに当該領域内に
Ｐ側にてひろがるのみであり、要するに、最大の阻止方
向負荷の際でも表面までは達しない。このような全般的
に拡散された領域により公知のように高い阻止能が得ら
れる。これに反して、順方向動作の際、平均的ないし高
注入荷電キヤリヤ濃度の区域は小さな電流密度例えば5A
/cm2からもうすでに、表面のすぐ近くのところまで達
し、その結果上記表面は実効電子シンクとして作用する
薄いP+表面領域2bはたんにオーム接触接続のために用い
られ、それに十分なドーピング濃度を有する。その時そ
の濃度は概して３×1017/cm3より大である。表面領域2b
の厚さは次のような小さな値に選定される、即ちN+領域
４から到来する電子が当該表面領域により、この表面に
おける電子シンクのところへ流れ（ここでは上記電子は
再結合し又はトンネルプロセスにより金属中に移行す
る）るのをわずかな程度しか妨げられないような小さな
値に選定されている。有利には厚さは２μｍより小、例
えば0.2μｍに等しい値にされる。第１図を用いて説明
したように、Ｐ−側にて荷電キヤリヤ濃度は例えば5A/c
m2を上回る電流の際著しく低減される。それにより、リ
カバリ特性の所望の改善が行なわれ得る。順方向電圧
（これは再結合中心によつても、本発明のＰ領域２の構
成においても高められる）の点で可能な限り、整流器ダ
イオードは有利に付加的に再結合中心でドーピングされ
る。この理由から再結合中に密度が同等の対比可能な公
知の整流器ダイオードにおけるよりわずかであるので、
阻止電流も相応してよりわずかなものとなる。
最大の逆方向（阻止）負荷の際の空荷電荷領域Ｒはなお
低ドーピングされたＰ−部分領域2a内に延びており、他
方では平均的且高い注入（率）の区域が順方向負荷の際
表面の近くのところまで達するという条件はドーピング
積分値 Nint＝∫Ndx すなわち、Ｐ−部分領域2aへの、ドーピング原子の面被
覆度を用いて表わされ得る。阻止能力を確保するにはN
intはほぼ1.3×1012/cm2より大に選定され、ダイオード
の順方向極性付けの際当該表面が有効な電子シンクを形
成するにはNintはほぼ１×1013/cm2より小にすると好適
である。
低ドーピングされたＰ−部分領域2a内に延びており、他
方では平均的且高い注入（率）の区域が順方向負荷の際
表面の近くのところまで達するという条件はドーピング
積分値 Nint＝∫Ndx すなわち、Ｐ−部分領域2aへの、ドーピング原子の面被
覆度を用いて表わされ得る。阻止能力を確保するにはN
intはほぼ1.3×1012/cm2より大に選定され、ダイオード
の順方向極性付けの際当該表面が有効な電子シンクを形
成するにはNintはほぼ１×1013/cm2より小にすると好適
である。
次にこの１×1013/cm2の数値の根拠を説明する。
Ｐ領域のドーピング積分値は空間電荷領域の、金属接触
部へのパンチスルーが生じない位に十分に大きくする必
要がある。しかし他方、導通時相において陽極側のベー
ス領域における電荷担体濃度をできるだけ小さくするた
めに、ドーピング濃度は不必要に大きくしてはならな
い。空間電荷領域におけるＰ領域のドーピング濃度は次
の式で与えられる。
部へのパンチスルーが生じない位に十分に大きくする必
要がある。しかし他方、導通時相において陽極側のベー
ス領域における電荷担体濃度をできるだけ小さくするた
めに、ドーピング濃度は不必要に大きくしてはならな
い。空間電荷領域におけるＰ領域のドーピング濃度は次
の式で与えられる。
この式はポワソンの式εε0dE/dx＝qNAから得られる。
ただしEmはPn接合における電界の最大値である。
ただしEmはPn接合における電界の最大値である。
ブレークダウン電圧の場合、Emは臨界電界強度Ecrに等
しい。
しい。
Em＝Ecr＝２×105v/cmにより、前述の式の右辺の値は1.
3×1012/cm2となる。この数値は請求の範囲１に下限値
として示されている。
3×1012/cm2となる。この数値は請求の範囲１に下限値
として示されている。
Ｐ−部分領域2aの面積抵抗Ｒに対する次の条件はほぼ同
意味を有する。
意味を有する。
1.5KΩRO10KΩ 比較的に大きな阻止作用を有する構成素子において良好
な収率ないし歩留まりを得るにはＰ−部分領域2aの厚さ
を５μｍより大に選定すると有利である。パッシベーシ
ョン及び順電圧と関連する理由から、他方では厚さは70
μｍより小に選定すると有利である。ドーピング積分値
及び面積抵抗に対する条件を考慮して、Ｐ−部分領域2a
の最大ドーピング濃度は有利に１×1015/cm3〜２×1016
/cm3に選定するとよい。
な収率ないし歩留まりを得るにはＰ−部分領域2aの厚さ
を５μｍより大に選定すると有利である。パッシベーシ
ョン及び順電圧と関連する理由から、他方では厚さは70
μｍより小に選定すると有利である。ドーピング積分値
及び面積抵抗に対する条件を考慮して、Ｐ−部分領域2a
の最大ドーピング濃度は有利に１×1015/cm3〜２×1016
/cm3に選定するとよい。
明らかになったことは第３図及び第４図の整流器ダイオ
ードは再結合中心での適合ドーピングのもとでほぼ1000
Vの阻止能力に対してまで、順方向特性に関する要求を
充足し、よって、全体的に従来技術に比しての格段の改
善を成す。比較的高い阻止電圧用にＮ−ベース領域３の
設計構成の際、ほぼ200A/cm2の動作上の電流負荷に対す
る順方向電圧は余り大でないＮ−ベース厚のものとでな
お常に許容限界内にあるが、過電流動作（経路動作）の
場合生じるような高い電流密度の際の順方向電圧は予期
せずに著しく増加し、その結果過電流に対する耐久性
（耐量、耐力）が著しく低減される。それの原因を第５
図を用いて説明する。この第５図中では第３図及び第４
図の整流器におけるホール分布が種々の順電流密度に対
して示してある。ドーピング経過は破線で示してある。
200A/cm2の動作電流密度に対して、図示の非対称的ホー
ル分布が生じこの分布は低ドーピングの領域にて電子分
布と一致する。電流増大と共に荷電キヤリヤ濃度は先ず
増大し、このことは1000A/cm2に対するカーブとの対比
から明らかである。さらに上昇する電流と共に、Ｎ−ベ
ース領域３のＰ側における低減された荷電キヤリヤ濃度
の区域が、Ｎベース領域３のN+側領域半部内にまで拡が
り、このことは5000A/cm2に対するカーブから明らかで
ある。当該ダイオードにおける蓄積された電荷はもはや
増大しないので、電流と共に電圧の著しい増大、よつ
て、過電流に対するわずかな耐量（耐力）が生じる。
ードは再結合中心での適合ドーピングのもとでほぼ1000
Vの阻止能力に対してまで、順方向特性に関する要求を
充足し、よって、全体的に従来技術に比しての格段の改
善を成す。比較的高い阻止電圧用にＮ−ベース領域３の
設計構成の際、ほぼ200A/cm2の動作上の電流負荷に対す
る順方向電圧は余り大でないＮ−ベース厚のものとでな
お常に許容限界内にあるが、過電流動作（経路動作）の
場合生じるような高い電流密度の際の順方向電圧は予期
せずに著しく増加し、その結果過電流に対する耐久性
（耐量、耐力）が著しく低減される。それの原因を第５
図を用いて説明する。この第５図中では第３図及び第４
図の整流器におけるホール分布が種々の順電流密度に対
して示してある。ドーピング経過は破線で示してある。
200A/cm2の動作電流密度に対して、図示の非対称的ホー
ル分布が生じこの分布は低ドーピングの領域にて電子分
布と一致する。電流増大と共に荷電キヤリヤ濃度は先ず
増大し、このことは1000A/cm2に対するカーブとの対比
から明らかである。さらに上昇する電流と共に、Ｎ−ベ
ース領域３のＰ側における低減された荷電キヤリヤ濃度
の区域が、Ｎベース領域３のN+側領域半部内にまで拡が
り、このことは5000A/cm2に対するカーブから明らかで
ある。当該ダイオードにおける蓄積された電荷はもはや
増大しないので、電流と共に電圧の著しい増大、よつ
て、過電流に対するわずかな耐量（耐力）が生じる。
Ｐ領域2a（第３図、第４図）の表面濃度の上昇により、
高い電流密度のもとでの荷電キヤリヤ濃度の相応の増
大、もつて、過電流耐力の改善が行なわれる。高ドーピ
ングされた表面領域2bの厚さの増大によつても所定の過
電流耐力（耐量）が得られる。両手段によつてもリカバ
リ特性は損なわれる、それというのは表面における電子
シンクの効率及びそれにより荷電キヤリヤ分布の非対称
性が動作電流のもとで低減されるからである。それにも
拘らず、そのようにして第３図及び第４図の整流器構造
により所定の許容の過電流のもとで、公知の整流器ダイ
オードによるよりも良好なリカバリ特性が得られる。
高い電流密度のもとでの荷電キヤリヤ濃度の相応の増
大、もつて、過電流耐力の改善が行なわれる。高ドーピ
ングされた表面領域2bの厚さの増大によつても所定の過
電流耐力（耐量）が得られる。両手段によつてもリカバ
リ特性は損なわれる、それというのは表面における電子
シンクの効率及びそれにより荷電キヤリヤ分布の非対称
性が動作電流のもとで低減されるからである。それにも
拘らず、そのようにして第３図及び第４図の整流器構造
により所定の許容の過電流のもとで、公知の整流器ダイ
オードによるよりも良好なリカバリ特性が得られる。
一層の改善が次のようにして得られる、即ち電子シンク
５が面状にＰ領域２の部分領域区分においてのみ有効で
ある（作用状態におかれる）ように配置され、一方、中
間領域区分におけるＰ領域２の注入能力（率）が高いも
のであるようにするのである。このような装置構成は第
６図の整流器構造に示されている。N+領域４（この領域
によつては半導体デイスクが伝導性状態で支持板７に被
着されている）には低ドーピングされたＮ−ベース領域
３がつづき、この領域３にはＰ領域２がつづき、このＰ
領域２はその表面にてオーム接触接続層９を有する。Ｐ
領域２は連続している低ドーピングされた部分領域2a
（これは第３図の整流器ダイオードにてＮベース領域３
と共に阻止作用をするPN接合部J1を有する）のほかに、
薄い高ドーピングのP+領域2bを有しこの領域2bは当該領
域区分にて接触接続のために用いられ、部分領域区分Ｃ
にて比較的厚い高ドーピングのP+領域2c（これは高いエ
ミツタ効率を有する）を有する。Ｐ領域２は領域区分Ｂ
にて第３図及び第４図の整流器ダイオードにおけるよう
なドーピング経過を有する。低ドーピング部分領域2aの
ドーピング濃度及び高ドーピング部分領域2bの厚さのも
とで過電流耐力を考慮する必要はない、それはそのよう
な過電流耐力は領域2cによつて得られるからである。
５が面状にＰ領域２の部分領域区分においてのみ有効で
ある（作用状態におかれる）ように配置され、一方、中
間領域区分におけるＰ領域２の注入能力（率）が高いも
のであるようにするのである。このような装置構成は第
６図の整流器構造に示されている。N+領域４（この領域
によつては半導体デイスクが伝導性状態で支持板７に被
着されている）には低ドーピングされたＮ−ベース領域
３がつづき、この領域３にはＰ領域２がつづき、このＰ
領域２はその表面にてオーム接触接続層９を有する。Ｐ
領域２は連続している低ドーピングされた部分領域2a
（これは第３図の整流器ダイオードにてＮベース領域３
と共に阻止作用をするPN接合部J1を有する）のほかに、
薄い高ドーピングのP+領域2bを有しこの領域2bは当該領
域区分にて接触接続のために用いられ、部分領域区分Ｃ
にて比較的厚い高ドーピングのP+領域2c（これは高いエ
ミツタ効率を有する）を有する。Ｐ領域２は領域区分Ｂ
にて第３図及び第４図の整流器ダイオードにおけるよう
なドーピング経過を有する。低ドーピング部分領域2aの
ドーピング濃度及び高ドーピング部分領域2bの厚さのも
とで過電流耐力を考慮する必要はない、それはそのよう
な過電流耐力は領域2cによつて得られるからである。
領域区分ＢにおけるＰ領域は薄い表面領域2bを除いて低
ドーピングされているので、平均的から高い注入率の荷
電キヤリヤ濃度の領域が順方向動作の際表面のすぐ近く
のところまで達し、その結果この表面は領域区分にて有
効シンクとして作用する。シンクＳによりPN接合部J1に
おける横方向に平均化された荷電キヤリヤ濃度の著しい
低下が生ぜしめられ、その結果リカバリ特性は公知整流
器ダイオードに比して著しく改善されている。高ドーピ
ングされたP+領域2cによつては第３図の整流器ダイオー
ドに比して過電流耐力の改善が行なわれる、それという
のは当該の領域2cによつては電流と共に蓄積された電荷
の増大が行なわれ、一方、第３図の整流器ダイオードの
蓄積電荷は高い電流密度のもとでたんに極くわずかに又
はもはや増大しない（第５図に関連して述べた如く）か
らである。第６図の整流器ダイオードにおける電流と共
に蓄積電荷の増大はさらに次のようにして促進増強され
る、即ち、電流は増大すると共に小さいＰ−エミツタ効
率を有する領域区分Ｂから高いＰエミツタ効率を有する
領域区分Ｃ中に益々移行する（その理由はその伝導性が
そこでは上昇するからである）ようにするのである。領
域区分Ｂ（ここでは電流密度は所与の全電流のもとで、
均質な電子シンクを有する第３図の整流器ダイオードに
おけるより小さい）では、過電流の場合、低減された電
流密度により極くわずかしか又は全く低減されない（第
５図）。第６図の整流器ダイオードにおける比較的高い
蓄積電荷により、面全体に亘り積分される全損失電力の
みならず、局所的損失電力が、高い電流密度の領域区分
Ｃにて所与の全電流のもとで低減され、その結果許容過
電流が高められる。リカバリ（回復）過電流複合特性は
良好に注入を行なうP+領域2cのない電子シンクの均質な
配置構成に比し改善されている。それというのは、通常
の動作電流のもとでの蓄積電荷と、過電流の場合におけ
るそれとの比はより小さいからである。このことは次の
ような場合に比しても成立つ、即ち低ドーピングされた
領域2dの表面濃度又は高ドーピングされた領域2bの厚さ
（第３図及び第４図）が幾らか高められて、それによ
り、第３図の整流器ダイオードにおいて比較的高い過電
流耐量が得られる場合に比しても成立つ。
ドーピングされているので、平均的から高い注入率の荷
電キヤリヤ濃度の領域が順方向動作の際表面のすぐ近く
のところまで達し、その結果この表面は領域区分にて有
効シンクとして作用する。シンクＳによりPN接合部J1に
おける横方向に平均化された荷電キヤリヤ濃度の著しい
低下が生ぜしめられ、その結果リカバリ特性は公知整流
器ダイオードに比して著しく改善されている。高ドーピ
ングされたP+領域2cによつては第３図の整流器ダイオー
ドに比して過電流耐力の改善が行なわれる、それという
のは当該の領域2cによつては電流と共に蓄積された電荷
の増大が行なわれ、一方、第３図の整流器ダイオードの
蓄積電荷は高い電流密度のもとでたんに極くわずかに又
はもはや増大しない（第５図に関連して述べた如く）か
らである。第６図の整流器ダイオードにおける電流と共
に蓄積電荷の増大はさらに次のようにして促進増強され
る、即ち、電流は増大すると共に小さいＰ−エミツタ効
率を有する領域区分Ｂから高いＰエミツタ効率を有する
領域区分Ｃ中に益々移行する（その理由はその伝導性が
そこでは上昇するからである）ようにするのである。領
域区分Ｂ（ここでは電流密度は所与の全電流のもとで、
均質な電子シンクを有する第３図の整流器ダイオードに
おけるより小さい）では、過電流の場合、低減された電
流密度により極くわずかしか又は全く低減されない（第
５図）。第６図の整流器ダイオードにおける比較的高い
蓄積電荷により、面全体に亘り積分される全損失電力の
みならず、局所的損失電力が、高い電流密度の領域区分
Ｃにて所与の全電流のもとで低減され、その結果許容過
電流が高められる。リカバリ（回復）過電流複合特性は
良好に注入を行なうP+領域2cのない電子シンクの均質な
配置構成に比し改善されている。それというのは、通常
の動作電流のもとでの蓄積電荷と、過電流の場合におけ
るそれとの比はより小さいからである。このことは次の
ような場合に比しても成立つ、即ち低ドーピングされた
領域2dの表面濃度又は高ドーピングされた領域2bの厚さ
（第３図及び第４図）が幾らか高められて、それによ
り、第３図の整流器ダイオードにおいて比較的高い過電
流耐量が得られる場合に比しても成立つ。
詳細には示してないが、第６図の半導体デイスクはＰ領
域２が支持体７に当接し、一方、N+領域４は接触接続層
９を有するようにしてもよい。
域２が支持体７に当接し、一方、N+領域４は接触接続層
９を有するようにしてもよい。
領域2cにより得られる改善について述べたことについて
は当該領域の周辺（周縁）における作用は、現象は考慮
しなかつた。P+P接合部J3はP+領域2cの周辺では金属層
９によりほぼ熱平衡状態におかれるものとしてある。そ
れにより、上記領域は周辺では注入されない。周縁から
離隔していくとはじめてP+P接合部J3は整流器ダイオー
ドの順方向極性づけの際電子流（これはＰ領域2aにおけ
る接合部J3に沿つて電子シンクＳのほうへ流れる）によ
り益々順方向に極性づけられる。横方向に可変の注入率
により、P+領域2cへの境界部でのＰ領域2aにおけるホー
ル濃度の局在的変化が生ぜしめられる。30μｍの半径を
有する円形状のP+領域2cに対してはPN接合部J1における
領域区分における種々の垂直方向電流密度jnxが第７図
に示してある。P+領域2cのすぐ前のところにおけるＰ領
域2aのドーピング濃度はPo＝５×1015/cm3であり、電子
シンク（表面）はP+P接合部J3の平面においてP+領域2c
につづいている。図から明かなように、周縁におけるホ
ール濃度Ｐはｒ＝raの場合Ｐ領域2aのドーピング濃度P0
に等しく、中央においては（ｒ＝０の際）Ｐは最大値Pm
をとる。ｒ＜raに対する注入ホール濃度は比較的大きな
電流に対して電子電流密度jnxと共に著しく増大する。
このことは同じようにして、全電流密度との関連性に対
しても成立ち、その際その全電流密度は付加的にホール
電流を含み、よつて、比較的に大である。
は当該領域の周辺（周縁）における作用は、現象は考慮
しなかつた。P+P接合部J3はP+領域2cの周辺では金属層
９によりほぼ熱平衡状態におかれるものとしてある。そ
れにより、上記領域は周辺では注入されない。周縁から
離隔していくとはじめてP+P接合部J3は整流器ダイオー
ドの順方向極性づけの際電子流（これはＰ領域2aにおけ
る接合部J3に沿つて電子シンクＳのほうへ流れる）によ
り益々順方向に極性づけられる。横方向に可変の注入率
により、P+領域2cへの境界部でのＰ領域2aにおけるホー
ル濃度の局在的変化が生ぜしめられる。30μｍの半径を
有する円形状のP+領域2cに対してはPN接合部J1における
領域区分における種々の垂直方向電流密度jnxが第７図
に示してある。P+領域2cのすぐ前のところにおけるＰ領
域2aのドーピング濃度はPo＝５×1015/cm3であり、電子
シンク（表面）はP+P接合部J3の平面においてP+領域2c
につづいている。図から明かなように、周縁におけるホ
ール濃度Ｐはｒ＝raの場合Ｐ領域2aのドーピング濃度P0
に等しく、中央においては（ｒ＝０の際）Ｐは最大値Pm
をとる。ｒ＜raに対する注入ホール濃度は比較的大きな
電流に対して電子電流密度jnxと共に著しく増大する。
このことは同じようにして、全電流密度との関連性に対
しても成立ち、その際その全電流密度は付加的にホール
電流を含み、よつて、比較的に大である。
jnx＝200A/cm2までは領域2aでは当該面に亘つて平均化
されたホール濃度（これはリカバリ特性を定める）は
まだ大しては上昇していない。P+領域2cがアノード側面
積全体の例えば1/3を占める場合、第７図の例jnx＝200A
/cm2では面（積）に亘つて平均化された濃度は先ずは
Poより略50％位大である。但し、jnx＝1000A/cm2の場
合、は同条件下でほぼ300％だけより大であり、5000A
/cm2の場合ほぼ20倍だけより大である。著しく高い電流
密度の場合PN接合部J1における最大値Pm及び平均化され
た荷電キヤリヤ濃度は全体的に同じ面積割合部分を有
する唯１つの又は比較的に少数の大面積のP+領域2cの場
合におけるホール濃度に近似する、それというのは高い
電流密度の場合における周縁作用が減少するからであ
る。
されたホール濃度（これはリカバリ特性を定める）は
まだ大しては上昇していない。P+領域2cがアノード側面
積全体の例えば1/3を占める場合、第７図の例jnx＝200A
/cm2では面（積）に亘つて平均化された濃度は先ずは
Poより略50％位大である。但し、jnx＝1000A/cm2の場
合、は同条件下でほぼ300％だけより大であり、5000A
/cm2の場合ほぼ20倍だけより大である。著しく高い電流
密度の場合PN接合部J1における最大値Pm及び平均化され
た荷電キヤリヤ濃度は全体的に同じ面積割合部分を有
する唯１つの又は比較的に少数の大面積のP+領域2cの場
合におけるホール濃度に近似する、それというのは高い
電流密度の場合における周縁作用が減少するからであ
る。
P+領域2cの半径raが,r＝０の場合における最大注入ホー
ル濃度Pm−POの関係性は第８図にて領域区分Ｃにて２つ
の電流密度jnxに対して示してある。200A/cm2に対する
カーブは動作順方向電流密度に対するP+領域2cの注入能
率を表わし、一方、5000A/cm2に対するカーブは過電流
負荷の際のP+領域2cの注入度を表わす。Pm−Poは先ずra
と共に著しく増大し大きなraの場合、P+領域の体積特性
により与えられる飽和値に移行する。明かなように、動
作電流のもとでの注入ホール濃度と、過電流負荷の際の
それとの比が、小さな半径raの選定により、大面積のP+
領域2cの場合におけるホール濃度（飽和領域）の比より
遥か以下に低減され得る。有利にはraは次のように選定
される、即ち動作電流のもとでのホール注入度が最大許
容順電圧に必要なだけの大きさであり、一方逆電流のも
とでのホール注入率が飽和値にできるだけ近づくように
選定される。両条件が同時には十分には満たされない場
合、次のような妥協点が見付けられなければならない、
すなわち、整流器ダイオードの所定の使い方に応じて最
大の過電流耐量の値へより一層近い値、又は最良のリカ
バリ特性へより一層近い値の得られる妥協点が見付けら
れなければならない。いずれにしろ動作電流のもとでの
ホール注入度が、同じ面積割合部分を有する大面積P+領
域2cの場合に比して著しく低減され得、その際過電流耐
量は損なわれない。過電流の際の横方向に平均化された
注入度が、ほぼ限界値に達すると、比較的小さい多数の
P+領域を使用した場合における過電流耐量は高められさ
えする、それというのは損失電力が半導体面に亘つて一
層均一に分布され、よつて熱放出が改善されるからであ
る。動作電流のもとでのＰ領域２の注入度の著しい減少
に基づき、高い過電流耐量にも拘らず、著しく改善され
たリカバリ特性が得られる。領域区分Ｃへの前述の電流
集中（密度）は半導体面へのP+領域2cの浸透が密になれ
ばなるほど、また、当該領域の半径raが小さくなければ
なるほど、小さなものとなる、それというのはその際横
方向拡散により一層強力な横方向荷電キヤリヤ補償が行
なわれるからである。
ル濃度Pm−POの関係性は第８図にて領域区分Ｃにて２つ
の電流密度jnxに対して示してある。200A/cm2に対する
カーブは動作順方向電流密度に対するP+領域2cの注入能
率を表わし、一方、5000A/cm2に対するカーブは過電流
負荷の際のP+領域2cの注入度を表わす。Pm−Poは先ずra
と共に著しく増大し大きなraの場合、P+領域の体積特性
により与えられる飽和値に移行する。明かなように、動
作電流のもとでの注入ホール濃度と、過電流負荷の際の
それとの比が、小さな半径raの選定により、大面積のP+
領域2cの場合におけるホール濃度（飽和領域）の比より
遥か以下に低減され得る。有利にはraは次のように選定
される、即ち動作電流のもとでのホール注入度が最大許
容順電圧に必要なだけの大きさであり、一方逆電流のも
とでのホール注入率が飽和値にできるだけ近づくように
選定される。両条件が同時には十分には満たされない場
合、次のような妥協点が見付けられなければならない、
すなわち、整流器ダイオードの所定の使い方に応じて最
大の過電流耐量の値へより一層近い値、又は最良のリカ
バリ特性へより一層近い値の得られる妥協点が見付けら
れなければならない。いずれにしろ動作電流のもとでの
ホール注入度が、同じ面積割合部分を有する大面積P+領
域2cの場合に比して著しく低減され得、その際過電流耐
量は損なわれない。過電流の際の横方向に平均化された
注入度が、ほぼ限界値に達すると、比較的小さい多数の
P+領域を使用した場合における過電流耐量は高められさ
えする、それというのは損失電力が半導体面に亘つて一
層均一に分布され、よつて熱放出が改善されるからであ
る。動作電流のもとでのＰ領域２の注入度の著しい減少
に基づき、高い過電流耐量にも拘らず、著しく改善され
たリカバリ特性が得られる。領域区分Ｃへの前述の電流
集中（密度）は半導体面へのP+領域2cの浸透が密になれ
ばなるほど、また、当該領域の半径raが小さくなければ
なるほど、小さなものとなる、それというのはその際横
方向拡散により一層強力な横方向荷電キヤリヤ補償が行
なわれるからである。
raが例えば50μｍに等しく選定されると、動作電流のも
とでホール注入度としては Pm−Po＝2.6×1016/cm3 が生じる。P+領域2cが上記例におけるごとく、整流器ダ
イオードのアノード側面全体の1/3を要する場合、これ
には面に亘つて平均化された注入されたホール濃度，
たんにほぼ４×1015/cm3 が相応する。例えば５×1015/cm3のＰ部分領域2aの表面
におけるドーピング濃度Poと相俟つて上記注入度はほぼ
1800Vまでの阻止能力に設計選定の際動作電流のもとで
十分小さな順電圧には事足り、しかもは非常に良好な
リカバリ特性が得られるほど小さい。過電流負荷の際の
注入度はそのようなraのもとで大きな面積の場合におけ
る飽和値にほぼ等しい（このことは第８図から明らかで
ある）。
とでホール注入度としては Pm−Po＝2.6×1016/cm3 が生じる。P+領域2cが上記例におけるごとく、整流器ダ
イオードのアノード側面全体の1/3を要する場合、これ
には面に亘つて平均化された注入されたホール濃度，
たんにほぼ４×1015/cm3 が相応する。例えば５×1015/cm3のＰ部分領域2aの表面
におけるドーピング濃度Poと相俟つて上記注入度はほぼ
1800Vまでの阻止能力に設計選定の際動作電流のもとで
十分小さな順電圧には事足り、しかもは非常に良好な
リカバリ特性が得られるほど小さい。過電流負荷の際の
注入度はそのようなraのもとで大きな面積の場合におけ
る飽和値にほぼ等しい（このことは第８図から明らかで
ある）。
順電圧はＮベース領域３の厚さと共に、即ち設計選定さ
れた阻止能と共に上昇するので、このことは平均的Ｐエ
ミツタ効率の調整の際半径raと、面全体におけるP+領域
2cの面積割合とによつて考慮され得る。高い阻止能の場
合、動作電流のもとでのＰエミツタ効率は小さな阻止能
の場合におけるより大に選定され、それにより、順電圧
が過度に大にならないようにすべきである。
れた阻止能と共に上昇するので、このことは平均的Ｐエ
ミツタ効率の調整の際半径raと、面全体におけるP+領域
2cの面積割合とによつて考慮され得る。高い阻止能の場
合、動作電流のもとでのＰエミツタ効率は小さな阻止能
の場合におけるより大に選定され、それにより、順電圧
が過度に大にならないようにすべきである。
動作及び過電流の場合における横方向で平均化された注
入されたホール濃度Ｐに対する、P+領域2cの、アノード
側半導体面への比較的密な被覆の基本的影響を第９図に
示す。P+領域2cの横方向寸法（拡がり）は第８図に関連
して説明したように選定される。動作電流の際PN接合部
J1の周囲におけるはNN+接合部J2におけるより遥かに
小さい（このことは200A/cm2に対するカーブより示され
ている）。それにより、前述のように、第３図の整流器
ダイオードにおけると同じように良好なリカバリ特性が
得られる。但し、過電流の場合、PN接合部J1における平
均化されたホール濃度はNN+接合部J2におけるそれに等
しく、第３図の整流器ダイオードの第５図に示す荷電キ
ヤリヤ分布に比して著しく高められ、このことは第９図
及び第５図に5000A/cm2に対するカーブに示されてい
る。それにより、第７図、第８図を用いて説明した設計
選定による整流器ダイオードの著しく改善された過電流
特性が得られる。
入されたホール濃度Ｐに対する、P+領域2cの、アノード
側半導体面への比較的密な被覆の基本的影響を第９図に
示す。P+領域2cの横方向寸法（拡がり）は第８図に関連
して説明したように選定される。動作電流の際PN接合部
J1の周囲におけるはNN+接合部J2におけるより遥かに
小さい（このことは200A/cm2に対するカーブより示され
ている）。それにより、前述のように、第３図の整流器
ダイオードにおけると同じように良好なリカバリ特性が
得られる。但し、過電流の場合、PN接合部J1における平
均化されたホール濃度はNN+接合部J2におけるそれに等
しく、第３図の整流器ダイオードの第５図に示す荷電キ
ヤリヤ分布に比して著しく高められ、このことは第９図
及び第５図に5000A/cm2に対するカーブに示されてい
る。それにより、第７図、第８図を用いて説明した設計
選定による整流器ダイオードの著しく改善された過電流
特性が得られる。
第10図から明かなように、電子シンクＳはｎ導電形の表
面領域10によつても形成され得、その際その表面領域は
Ｐ領域２内に位置しこの領域２と共にPN接合部J3を形成
する。ｎ導電形表面領域10は高ドーピングされたN+領域
として構成されている。またこの表面領域10は表面に
て、Ｐ領域２と共に金属層７によつて接触接続されてい
る。N+領域10はＰ領域２よりわずかな厚さを有し、この
Ｐ領域はこれに当接する低ドーピングされたＮベース領
域３と共に連続するPN接合部J1を形成する。Ｎベース領
域３には高ドーピングされたN+領域４がつづいており、
この領域はＮベース領域３と共にNN+接合部J2を形成
し、また表面にて接触接続層９を有する。N+領域10に前
置して設けられた、Ｐ領域２の領域区分の厚さａ及びド
ーピング濃度は次のような大きさに選定されている、即
ち阻止方向負荷の際空間電荷領域Ｒの拡がりがN+領域10
のところまで達しないような大きさに選定されている。
それによりPN接合部J1により整流器ダイオードの所望の
阻止能が確保される。更に、Ｐ領域２の前置して設けら
れた領域区分のドーピング濃度及び厚さａは次のような
小さな値に選定されている、即ち順方向動作の際高い注
入度の領域区分がN+P接合部J3の近くのところまで達す
るような小さな値に選定されている。その際その接合部
J3は順方向極性づけの際阻止方向に極性づけられ従つて
それぞれつづいているN+領域10と共に電子に対するシン
クとして作用するような小さな値に選定されている。こ
れらの条件は第３図に関連して説明したのと類似のよう
に領域区分ＢにおけるN+領域10に前置して設けられた、
Ｐ領域２の領域部分の面積抵抗Ro又はドーピング積分値
Nint＝∫Ndxによつて表現され得る。第10図の構成では
空荷電荷領域ＲのＰ側境界部は第３図及び第６図の構成
と異なって電子シンクＳから相当大きな距離間隔を保っ
て、それによりN+領域10、Ｐ領域２、Ｎベース領域３と
から形成されたNPNトランジスタが、整流器ダオードの
阻止方向負荷の際パンチスルーにより早過ぎてブレーク
ダウンしないようにしなければならず、これについては
以下詳述する。有利には領域区分ＢにおけるＰ領域２の
面積抵抗及びドーピング積分値が次の不等式に従って選
定される。
面領域10によつても形成され得、その際その表面領域は
Ｐ領域２内に位置しこの領域２と共にPN接合部J3を形成
する。ｎ導電形表面領域10は高ドーピングされたN+領域
として構成されている。またこの表面領域10は表面に
て、Ｐ領域２と共に金属層７によつて接触接続されてい
る。N+領域10はＰ領域２よりわずかな厚さを有し、この
Ｐ領域はこれに当接する低ドーピングされたＮベース領
域３と共に連続するPN接合部J1を形成する。Ｎベース領
域３には高ドーピングされたN+領域４がつづいており、
この領域はＮベース領域３と共にNN+接合部J2を形成
し、また表面にて接触接続層９を有する。N+領域10に前
置して設けられた、Ｐ領域２の領域区分の厚さａ及びド
ーピング濃度は次のような大きさに選定されている、即
ち阻止方向負荷の際空間電荷領域Ｒの拡がりがN+領域10
のところまで達しないような大きさに選定されている。
それによりPN接合部J1により整流器ダイオードの所望の
阻止能が確保される。更に、Ｐ領域２の前置して設けら
れた領域区分のドーピング濃度及び厚さａは次のような
小さな値に選定されている、即ち順方向動作の際高い注
入度の領域区分がN+P接合部J3の近くのところまで達す
るような小さな値に選定されている。その際その接合部
J3は順方向極性づけの際阻止方向に極性づけられ従つて
それぞれつづいているN+領域10と共に電子に対するシン
クとして作用するような小さな値に選定されている。こ
れらの条件は第３図に関連して説明したのと類似のよう
に領域区分ＢにおけるN+領域10に前置して設けられた、
Ｐ領域２の領域部分の面積抵抗Ro又はドーピング積分値
Nint＝∫Ndxによつて表現され得る。第10図の構成では
空荷電荷領域ＲのＰ側境界部は第３図及び第６図の構成
と異なって電子シンクＳから相当大きな距離間隔を保っ
て、それによりN+領域10、Ｐ領域２、Ｎベース領域３と
から形成されたNPNトランジスタが、整流器ダオードの
阻止方向負荷の際パンチスルーにより早過ぎてブレーク
ダウンしないようにしなければならず、これについては
以下詳述する。有利には領域区分ＢにおけるＰ領域２の
面積抵抗及びドーピング積分値が次の不等式に従って選
定される。
２×1012/cm2Nint２×1013/cm2 7kΩROＫΩ 次にこの上限値２×1013/cm2について説明する。
高い帰還電流の時相中にパンチスルーが生じないように
するために、約１×1013/cm2のドーピング濃度が必要と
される。さらに安全のために２×1013/cm2が上限値とし
て選定されている。
するために、約１×1013/cm2のドーピング濃度が必要と
される。さらに安全のために２×1013/cm2が上限値とし
て選定されている。
領域区分ＢにおけるＰ領域の厚さは有利にはほぼ５μｍ
より大且ほぼ50μｍより小に選定され、Ｐ領域２の上記
領域部分におけるドーピング濃度は最大値において有利
に３×1015/cm3〜３×1016/cm3である。
より大且ほぼ50μｍより小に選定され、Ｐ領域２の上記
領域部分におけるドーピング濃度は最大値において有利
に３×1015/cm3〜３×1016/cm3である。
断面A1,A2における第10図の整流器ダイオードのドーピ
ング経過の例を第11図に示してある。即ち、総合ドーピ
ング濃度の経過が示してある、つまり、アクセプター、
ドナードーピング濃度の差の経過が絶対値として示して
ある。Ｐ領域２は表面にて断面A1において１×1019/cm3
のドーピング濃度を有し、断面A2にてN+領域10に前置し
て設けられた領域区分では総合ドーピング濃度は最大値
において６×1015/cm3である。Ｐ領域２の厚さは50μｍ
であり、前置して設けられた領域区分の厚さａは27μｍ
である。N+領域10は５×1019/cm3の−表面ドーピング濃
度及び23μｍの厚さを有する。第11図のドーピングプロ
フアイルを有する第10図の整流器ダイオードの利点とす
るところは公知の拡散−、マーキング法に従つて簡単に
当該整流器ダイオードが作成できることである。Ｐ領域
２の表面濃度は第３図及び第６図の整流器ダイオードの
濃度ほど小さく調整しなくてもよい。
ング経過の例を第11図に示してある。即ち、総合ドーピ
ング濃度の経過が示してある、つまり、アクセプター、
ドナードーピング濃度の差の経過が絶対値として示して
ある。Ｐ領域２は表面にて断面A1において１×1019/cm3
のドーピング濃度を有し、断面A2にてN+領域10に前置し
て設けられた領域区分では総合ドーピング濃度は最大値
において６×1015/cm3である。Ｐ領域２の厚さは50μｍ
であり、前置して設けられた領域区分の厚さａは27μｍ
である。N+領域10は５×1019/cm3の−表面ドーピング濃
度及び23μｍの厚さを有する。第11図のドーピングプロ
フアイルを有する第10図の整流器ダイオードの利点とす
るところは公知の拡散−、マーキング法に従つて簡単に
当該整流器ダイオードが作成できることである。Ｐ領域
２の表面濃度は第３図及び第６図の整流器ダイオードの
濃度ほど小さく調整しなくてもよい。
第10図の整流器の阻止方向負荷の際N+領域10とＰ領域２
との間のN+P接合部J3は順方向に極性づけられる。上記
の順方向極性づけは領域区分ＢにおけるN+領域10に前置
して設けられたＰ区域にて横方向電圧降下により、N+領
域10のところを流れる逆方向ホール電流により生ぜしめ
られる。定常的遮断（阻止）状態において、横方向電圧
降下、ひいてはN+P接合部J3の順方向極性づけはわずか
な阻止電流に基づきわずかである。但し、導通状態から
の転流の際N+P接合部J3の順方向極性づけはリカバリ期
間（フエーズ）中比較的に大である。N+領域10、Ｐ領域
２、Ｎベース領域３から形成されるNPNトランジスタが
それにより導通制御されると、リカバリ電流の著しい増
大、さらにNPNトランジスタ、ひいては整流器ダイオー
ドのブレークダウンが定常的阻止能以下の状態で惹起さ
れ得る。両方の現象を避けるため、最大の阻止方向負荷
の際のN+P接合部J3からの空間電荷領域の間隔は十分大
きなものに選定され、N+領域10の横方向寸法（拡がり）
は十分小さな値に選定される。先ず、N+領域10からの空
間電荷領域Ｒの間隔Ｒにより、領域区分ＢにおけるＰ領
域２の残りの中性（ニユートラル）部分の面積抵抗を介
して、横方向電圧降下、ひいてはN+P接合部J3の順方向
極性づけの強さないし高さが制御される。さらに上記間
隔により、領域区分ＢにおけるＰ領域２の中性部分にお
いて少数キヤリヤ濃度の勾配を介して、所定の順方向極
性づけのもとでN+領域10から空間電荷領域Ｒ中に流れ込
む電子流が定められる。このような関係性は領域区分Ｂ
における前置配設されたＰ領域２全体の面積抵抗及びド
ーピング積分値Nintの上述のような設定の際考慮され
る。例えば Nint＝４×1012/cm2が選定される場合、最大阻止電圧の
もとでなお存在する中性区域は領域区分ＢにおけるＰ領
域２全体の面導電度（コンダクタンス）の2/3をとる。
前置配設されたＰ領域２の、N+P接合部J3の順方向極性
付けに対して規定的働きをする面導電度（コンダクタン
ス）は例えば100A/cm2の逆方向電流の際、オーダ的に10
15/cm3の、空間電荷領域における濃度での自由荷電キヤ
リヤにより著しく高められている。更に、領域区分Ｂに
おける逆方向電流は導通期間（フエーズ）中比較的わず
かな注入荷電キヤリヤ濃度に基づき、高いエミツタ効率
の領域区分Ｃにおけるより小さく、その結果Ｐ領域２中
当該領域区分Ｂにて横方向ホール電流も相応に低減され
ている。Ｎベース領域３の厚さがN+領域10の半径Raより
小さい際、これが島状に円形状基面で構成されているな
らば、実質的に領域区分Ｂの周縁領域のみが、Ｎベース
厚Ｗのオーダの拡がりを以て、N+P接合部J3の順方向極
性付けに寄与する。２つの量Ra、Ｗのうちの最も小さい
ものは長さし。（これは相反的に、領域区分Ｂにおける
Ｐ領域２の面抵抗及び発生する逆方向電流密度とに依存
する）より大であつてはいけない。1000Vを越える阻止
能を有する整流器ダイオード（このダイオードではWnは
ほぼ70μｍより大である）では面積抵抗の代表的値に対
するRaは、当該構造にて生じる逆方向電流を考慮してほ
ぼ40μｍより小に選定される。
との間のN+P接合部J3は順方向に極性づけられる。上記
の順方向極性づけは領域区分ＢにおけるN+領域10に前置
して設けられたＰ区域にて横方向電圧降下により、N+領
域10のところを流れる逆方向ホール電流により生ぜしめ
られる。定常的遮断（阻止）状態において、横方向電圧
降下、ひいてはN+P接合部J3の順方向極性づけはわずか
な阻止電流に基づきわずかである。但し、導通状態から
の転流の際N+P接合部J3の順方向極性づけはリカバリ期
間（フエーズ）中比較的に大である。N+領域10、Ｐ領域
２、Ｎベース領域３から形成されるNPNトランジスタが
それにより導通制御されると、リカバリ電流の著しい増
大、さらにNPNトランジスタ、ひいては整流器ダイオー
ドのブレークダウンが定常的阻止能以下の状態で惹起さ
れ得る。両方の現象を避けるため、最大の阻止方向負荷
の際のN+P接合部J3からの空間電荷領域の間隔は十分大
きなものに選定され、N+領域10の横方向寸法（拡がり）
は十分小さな値に選定される。先ず、N+領域10からの空
間電荷領域Ｒの間隔Ｒにより、領域区分ＢにおけるＰ領
域２の残りの中性（ニユートラル）部分の面積抵抗を介
して、横方向電圧降下、ひいてはN+P接合部J3の順方向
極性づけの強さないし高さが制御される。さらに上記間
隔により、領域区分ＢにおけるＰ領域２の中性部分にお
いて少数キヤリヤ濃度の勾配を介して、所定の順方向極
性づけのもとでN+領域10から空間電荷領域Ｒ中に流れ込
む電子流が定められる。このような関係性は領域区分Ｂ
における前置配設されたＰ領域２全体の面積抵抗及びド
ーピング積分値Nintの上述のような設定の際考慮され
る。例えば Nint＝４×1012/cm2が選定される場合、最大阻止電圧の
もとでなお存在する中性区域は領域区分ＢにおけるＰ領
域２全体の面導電度（コンダクタンス）の2/3をとる。
前置配設されたＰ領域２の、N+P接合部J3の順方向極性
付けに対して規定的働きをする面導電度（コンダクタン
ス）は例えば100A/cm2の逆方向電流の際、オーダ的に10
15/cm3の、空間電荷領域における濃度での自由荷電キヤ
リヤにより著しく高められている。更に、領域区分Ｂに
おける逆方向電流は導通期間（フエーズ）中比較的わず
かな注入荷電キヤリヤ濃度に基づき、高いエミツタ効率
の領域区分Ｃにおけるより小さく、その結果Ｐ領域２中
当該領域区分Ｂにて横方向ホール電流も相応に低減され
ている。Ｎベース領域３の厚さがN+領域10の半径Raより
小さい際、これが島状に円形状基面で構成されているな
らば、実質的に領域区分Ｂの周縁領域のみが、Ｎベース
厚Ｗのオーダの拡がりを以て、N+P接合部J3の順方向極
性付けに寄与する。２つの量Ra、Ｗのうちの最も小さい
ものは長さし。（これは相反的に、領域区分Ｂにおける
Ｐ領域２の面抵抗及び発生する逆方向電流密度とに依存
する）より大であつてはいけない。1000Vを越える阻止
能を有する整流器ダイオード（このダイオードではWnは
ほぼ70μｍより大である）では面積抵抗の代表的値に対
するRaは、当該構造にて生じる逆方向電流を考慮してほ
ぼ40μｍより小に選定される。
前述した構成例では第11図のドーピング経過（分布）に
相応して、N+領域10の高いエミツタ効率が基礎とされて
いる。上記領域10の表面ドーピング濃度は良好な接触接
続性のため大きくする必要はあるが、N+P接合部J3のエ
ミツタ効率はN+領域10のわずかな厚さにより小い調整さ
れ得る。この場合、N+領域10の横方向寸法は比較的大に
選定され得る。
相応して、N+領域10の高いエミツタ効率が基礎とされて
いる。上記領域10の表面ドーピング濃度は良好な接触接
続性のため大きくする必要はあるが、N+P接合部J3のエ
ミツタ効率はN+領域10のわずかな厚さにより小い調整さ
れ得る。この場合、N+領域10の横方向寸法は比較的大に
選定され得る。
第６図の整流器ダイオードについて既に詳述した如く、
第10図の構成においても面状にたんに部分領域区分にて
配置された電子シンクＳによつては第３図の整流器ダイ
オードに比して改善された過電流特性が生ぜしめられ
る。電子シンクＳが島状に構成され高いエミツタ効率の
相補領域区分Ｃがつづいている（つながつている）か、
又は第７、第８図にて基礎とされた装置構成におけるよ
うに高いエミツタ効率の領域区分Ｃが島状に構成された
電子シンクがつづいている（連なつている）領域を形成
するか、又は当該面の、領域区分ＢとＣへの分割するた
めの別の表面パターンが選定されるか余り大したことで
はない。第７図及び第８図を用いて説明された周縁作用
の利用のため、一般に、領域区分Ｂの横方向寸法（拡が
り）、即ち、最も近い電子シンクからの領域区分Ｂの各
点（個所）の最大間隔は次のように選定されるとよい、
即ち、面に亘つて平均化されたホール注入率は動作電流
密度のもとでできるだけ小であり、一方、過電流の際は
大面積領域区分Ｃの場合における飽和値をとるように選
定するとよい。
第10図の構成においても面状にたんに部分領域区分にて
配置された電子シンクＳによつては第３図の整流器ダイ
オードに比して改善された過電流特性が生ぜしめられ
る。電子シンクＳが島状に構成され高いエミツタ効率の
相補領域区分Ｃがつづいている（つながつている）か、
又は第７、第８図にて基礎とされた装置構成におけるよ
うに高いエミツタ効率の領域区分Ｃが島状に構成された
電子シンクがつづいている（連なつている）領域を形成
するか、又は当該面の、領域区分ＢとＣへの分割するた
めの別の表面パターンが選定されるか余り大したことで
はない。第７図及び第８図を用いて説明された周縁作用
の利用のため、一般に、領域区分Ｂの横方向寸法（拡が
り）、即ち、最も近い電子シンクからの領域区分Ｂの各
点（個所）の最大間隔は次のように選定されるとよい、
即ち、面に亘つて平均化されたホール注入率は動作電流
密度のもとでできるだけ小であり、一方、過電流の際は
大面積領域区分Ｃの場合における飽和値をとるように選
定するとよい。
電子シンクＳを有する前述のＰエミツタ構造のうちの１
つの、サイリスタへの適用例を第12図に示す。アノード
側Ｐ領域２は第６図の整流器ダイオードにおけるよう
に、連続する低ドーピングされた部分領域2aと、領域区
分Ｂにおける薄厚の高ドーピングされたP+部分領域2b
（これは当該領域区分にて接触接続のために用いられ
る）と、領域区分Ｃにおける高いエミツタ効率の比較的
厚みのある高ドーピングされたP+部分領域2cとから成
る。P+表面領域2bのドーピング濃度は通常は３×1017/c
m3より大である。Ｐ領域２は表面において連続する接触
接続層７を有する。Ｐ領域２には内側に向つて低ドーピ
ングされたＮ−ベース領域３がつづいており、この領域
２には通常のサイリスタ構造におけるように、Ｐ−導電
形の制御ベース領域10と、ｎ導電形のカソード側エミツ
タ領域11とがつづいている。それら領域は表面にて接触
接続層９を有する。Ｐ領域２の設計選定は第７図、第８
図を用いて説明したように行なうことができる。
つの、サイリスタへの適用例を第12図に示す。アノード
側Ｐ領域２は第６図の整流器ダイオードにおけるよう
に、連続する低ドーピングされた部分領域2aと、領域区
分Ｂにおける薄厚の高ドーピングされたP+部分領域2b
（これは当該領域区分にて接触接続のために用いられ
る）と、領域区分Ｃにおける高いエミツタ効率の比較的
厚みのある高ドーピングされたP+部分領域2cとから成
る。P+表面領域2bのドーピング濃度は通常は３×1017/c
m3より大である。Ｐ領域２は表面において連続する接触
接続層７を有する。Ｐ領域２には内側に向つて低ドーピ
ングされたＮ−ベース領域３がつづいており、この領域
２には通常のサイリスタ構造におけるように、Ｐ−導電
形の制御ベース領域10と、ｎ導電形のカソード側エミツ
タ領域11とがつづいている。それら領域は表面にて接触
接続層９を有する。Ｐ領域２の設計選定は第７図、第８
図を用いて説明したように行なうことができる。
第９図について説明した整流器におけるように、Ｐ領域
２は順方向動作密度（200A/cm2）の際、サイリスタ構造
にてＰ領域２に向つて低下する荷電キヤリヤ濃度を生じ
させる。第１図を用いて説明したように、そのようにす
ることにより、サイリスタに対しても転流後の逆方向電
流ピーク及び逆方向電流積分値の減少が行なわれる。Ｐ
領域２の、順電流と共に増大する注入率に基づき（第７
図〜第９図）許容過電流は低減されていない。サイリス
タにおけるＰ領域の設計選定の際第７図、第８図に関し
て述べたことのほかに、サイリスタの点弧−、ロツク電
流が所定の限界を越えて高められないように考慮しなけ
ればならない。このことは整流器ダイオードに比して比
較的にわずかな付加的な再結合中心密度により又はＰ部
分領域2aの表面濃度の増大により行なうことができる。
２は順方向動作密度（200A/cm2）の際、サイリスタ構造
にてＰ領域２に向つて低下する荷電キヤリヤ濃度を生じ
させる。第１図を用いて説明したように、そのようにす
ることにより、サイリスタに対しても転流後の逆方向電
流ピーク及び逆方向電流積分値の減少が行なわれる。Ｐ
領域２の、順電流と共に増大する注入率に基づき（第７
図〜第９図）許容過電流は低減されていない。サイリス
タにおけるＰ領域の設計選定の際第７図、第８図に関し
て述べたことのほかに、サイリスタの点弧−、ロツク電
流が所定の限界を越えて高められないように考慮しなけ
ればならない。このことは整流器ダイオードに比して比
較的にわずかな付加的な再結合中心密度により又はＰ部
分領域2aの表面濃度の増大により行なうことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−45081（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−145577（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−66369（ＪＰ，Ａ)
Claims (16)
- 【請求項１】アノード側Ｐ領域およびこれと隣接する低
ドーピングされたＮ−ベース領域とを有し、該Ｎ−ベー
ス領域は上記Ｐ領域と共に阻止作用をするPN−接合部を
形成する形式の半導体構成素子において、アノード側Ｐ
−領域（２）にはPN接合部（J1）からは離隔された、電
子に対するシンク（Ｓ）を有し、該シンク（Ｓ）とPN接
合部（J1）との間のＰ領域（２）の部分領域のドーピン
グ濃度と厚さの選定の際、順方向負荷のときは該シンク
は電子（Ｓ）に対して作用状態におかれ、逆方向素子負
荷のときはＰ領域（２）における空間電荷領域の拡がり
が電子のシンク（Ｓ）のところまでは達しないように、
ドーピング積分値がほぼ1.3×1012/cm2より大でかつ２
×1013/cm2より小に、前記の厚さおよびドーピング濃度
の値が選定されていることを特徴とする、アノード側Ｐ
領域と、隣接する低ドーピングされたＮ−ベース領域と
を有する半導体構成素子。 - 【請求項２】Ｐ領域（２）は低ドーピングされた連続す
る内部部分領域（2a）と、高ドーピングされたわずかな
エミッタ効率のP+表面領域（2b）とから成る、請求項１
記載の半導体構成素子。 - 【請求項３】Ｐ領域（２）はわずかなエミッタ効率のP+
表面領域（2b）のほかに当該面の部分領域区分にて高ド
ーピングされた高エミッタ効率のP+表面領域（2c）を有
する、請求項２記載の半導体構成素子。 - 【請求項４】Ｐ領域（２）は低ドーピングされた連続す
る内部Ｐ部分領域（2a）と、面の部分領域区分に配置さ
れた高エミッタ効率のP+表面領域（2c）とから成る、請
求項１記載の半導体構成素子。 - 【請求項５】内部Ｐ部分領域（2a）のドーピング積分値
はほぼ1.3×1012/cm2より大であり、かつ１×1013/cm2
より小である、請求項２から４までのいずれか１項記載
の半導体構成素子。 - 【請求項６】内部Ｐ部分領域（2a）の厚さは５μｍより
大で、かつ、ほぼ70μｍより小であり、それの最大ドー
ピング濃度はほぼ１×1015/cm3より大で、かつ２×1016
/cm3より小である、請求項２から５までのいずれか１項
記載の半導体構成素子。 - 【請求項７】わずかなエミッタ効率のP+表面領域（2b）
の厚さの選定に際して、順方向負荷のときＮベース領域
（３）から到来する電子流がP+表面領域（2b）を通って
表面のところにおける電子シンク（Ｓ）へ流れるように
上記厚さは小さく選定されている、請求項２、３、５又
は６記載の半導体構成素子。 - 【請求項８】P+表面領域（2b）の厚さが２μｍより小で
あり、それの表面におけるドーピング濃度は３×1017/c
m3より大である、請求項７記載の半導体構成素子。 - 【請求項９】高エミッタ効率のP+表面領域（2c）の横方
向寸法の選定に際して、それのホール注入度が順方向動
作電流の際に当該電流にて最大順電圧に必要な程度に低
減されるように上記横方向寸法は選定されている、請求
項３から８までのいずれか１項記載の半導体構成素子。 - 【請求項１０】高エミッタ効率のP+表面領域の横方向寸
法の選定に際して、それのホール注入度が順方向動作電
流のとき低減されるが過電流のときは十分に作用するよ
うに当該横方向寸法は選定されている、請求項３から９
までのいずれか１項記載の半導体構成素子。 - 【請求項１１】高エミッタ効率のP+表面領域（2c）はほ
ぼ30μｍと100μｍとの間の半径（ra）を有する円形基
面を有する、請求項９又は10記載の半導体構成素子。 - 【請求項１２】電子シンク（Ｓ）はＰ領域（２）にて設
けられたｎ導電形の表面領域（10）を用いて形成されて
いる、請求項１記載の半導体構成素子。 - 【請求項１３】ｎ導電形表面領域（10）のエミッタ効率
又は横方向寸法（拡がり）は小さく選定されており、そ
の際当該領域は半導体構成素子の逆方向極性付けの際大
して注入されないように当該横方向寸法（拡がり）は小
さく選定されている、請求項12記載の半導体構成素子。 - 【請求項１４】ｎ導電形表面領域（10）はほぼ40μｍよ
り小さい半径を有する、円形基面を有する請求項13記載
の半導体構成素子。 - 【請求項１５】ｎ導電形表面領域（10）の相互間隔の選
定に際して、Ｐ領域（２）のホール注入度は順方向動作
電流のとき当該電流のもとで最大順電圧に必要な程度に
低減されるように当該相互間隔は選定されている、請求
項12から14までのいずれか１項記載の半導体構成素子。 - 【請求項１６】ｎ導電形表面領域の相互間隔の選定に際
して、ホール注入度は順方向動作電流のとき低減される
が過電流のとき十分作用をするように当該相互間隔は選
定されている請求項12から15までのいずれか１項記載の
半導体構成素子。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3633161.9 | 1986-09-30 | ||
| DE19863633161 DE3633161A1 (de) | 1986-09-30 | 1986-09-30 | Halbleiterbauelement mit einer anodenseitigen p-zone und einer anliegenden schwach dotierten n-basiszone |
| PCT/EP1987/000544 WO1988002555A1 (en) | 1986-09-30 | 1987-09-25 | Semi-conductor element with a p-region on the anode side and a weakly-doped adjacent n-base region |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01501030A JPH01501030A (ja) | 1989-04-06 |
| JPH0797650B2 true JPH0797650B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=6310652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62505703A Expired - Lifetime JPH0797650B2 (ja) | 1986-09-30 | 1987-09-25 | アノード側ｐ領域と、隣接する低ドーピングされたｎベース領域とを有する半導体構成素子 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5063428A (ja) |
| EP (1) | EP0283496B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0797650B2 (ja) |
| DE (2) | DE3633161A1 (ja) |
| WO (1) | WO1988002555A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| DE3823795A1 (de) * | 1988-07-14 | 1990-01-18 | Semikron Elektronik Gmbh | Schnelle leistungsdiode |
| DE3832748A1 (de) * | 1988-09-27 | 1990-03-29 | Asea Brown Boveri | Leistungshalbleiterdiode |
| DE3832732A1 (de) * | 1988-09-27 | 1990-03-29 | Asea Brown Boveri | Leistungshalbleiterdiode |
| DE3942967A1 (de) * | 1989-12-23 | 1991-06-27 | Semikron Elektronik Gmbh | Schnelle leistungsdiode |
| DE4135258C2 (de) * | 1991-10-25 | 1996-05-02 | Semikron Elektronik Gmbh | Schnelle Leistungsdiode |
| DE4201183A1 (de) * | 1992-01-17 | 1993-07-22 | Eupec Gmbh & Co Kg | Leistungsdiode |
| JP2809253B2 (ja) * | 1992-10-02 | 1998-10-08 | 富士電機株式会社 | 注入制御型ショットキーバリア整流素子 |
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| DE4421529C2 (de) * | 1994-06-20 | 1996-04-18 | Semikron Elektronik Gmbh | Schnelle Leistungsdiode |
| DE4438896A1 (de) * | 1994-10-31 | 1996-05-02 | Abb Management Ag | Halbleiterdiode mit Elektronenspender |
| EP0717447A1 (de) * | 1994-12-13 | 1996-06-19 | Siemens Aktiengesellschaft | GTO-Thyristor |
| DE19538090A1 (de) * | 1995-10-13 | 1997-04-17 | Asea Brown Boveri | Leistungshalbleiterelement |
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| US8592903B2 (en) * | 2008-11-26 | 2013-11-26 | Infineon Technologies Austria Ag | Bipolar semiconductor device and manufacturing method |
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| DE102009047808B4 (de) | 2009-09-30 | 2018-01-25 | Infineon Technologies Austria Ag | Bipolares Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterdiode |
| WO2014202750A1 (en) * | 2013-06-20 | 2014-12-24 | Abb Technology Ag | Fast recovery diode |
| US9123828B2 (en) | 2013-11-14 | 2015-09-01 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor device and method for forming a semiconductor device |
| CN109638083B (zh) * | 2018-12-29 | 2024-04-05 | 捷捷半导体有限公司 | 一种快恢复二极管及其制备方法 |
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1987
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- 1987-09-25 WO PCT/EP1987/000544 patent/WO1988002555A1/de active IP Right Grant
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