二极管以及使用了二极管的电力变换装置的制作方法

本发明涉及一种二极管以及使用了二极管的电力变换装置。

背景技术：

在电力变换装置中与绝缘栅双极晶体管(igbt：insulatedgatebipolartransistor)或mos晶体管(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)逆并联地连接，作为续流二极管使用的二极管要求从节能观点出发的低损耗化和用于可靠性或控制性的低噪声化。

二极管的损耗，以相当于导通时损耗的正向电压降(vf：forwardvoltage，正向电压)和反向恢复开关时的损耗(err：reverserecoveryloss，反向恢复损耗)为代表。在变换器等的低驱动频率装置中，主要是低vf有助于电力变换系统的低损耗化，在逆变器等的高驱动频率装置中，主要是低err有助于电力变换系统的低损耗化，近年来要求进一步低vf化、低err化。低vf化能够通过提高向在断开状态下保持高电压的高电阻漂移层的载流子注入和积蓄、或将高电阻漂移层变薄来实现，低err化能够通过对漂移层的积蓄载流子进行节流，在反向恢复时短时间地使载流子消失等来实现。

另一方面，关于低噪声化，当反向恢复开关时的电流下降急速，特别是在无法确保被称为拖尾电流的积蓄载流子的自然消失期间时，会有电流急速地消失并产生与主电路内的寄生电感成比例的浪涌电压(l·di/dt)，以数mhz以上的频率进行振荡的现象，有可能造成电动机绝缘或过电压元件损坏、元件误动作等的坏影响。

为了解决这些低损耗化和低噪声化的课题，例如公开了如下的现有技术。

在专利文件1中记载为“[课题]提供一种耐压特性以及振荡特性卓越的低损耗的二极管。[解决手段]在晶片厚度为340至380μm的si晶片中，在深度从50至130μm的范围内扩散从5×10¹¹至1×10¹³cm^-2剂量的n型掺杂剂并形成n缓冲(nb)层。[选择图]图1(参照[摘要])”，公开了与二极管相关的技术。此外，专利文献1的摘要的[选择图]图1，在本申请的附图中登载为图13。

另外，在专利文献2中记载为“[课题]提供一种通过在n型+阻挡层(阴极层)内积蓄空穴，能够缓和电流变化率并抑制浪涌电压，来防止发生电磁噪声以及损坏二极管的高耐压二极管。[解决手段]特征在于，具有在n－型半导体基板11的一个面上形成的p+型阳极层12、在n－型半导体基板11的另一个面上形成的n+型阻挡层(阴极层)13，n+型阻挡层13的每单位面积的杂质总量为2.5×10¹⁵cm^-2以下，n+型阻挡层13的深度为40μm以上。(参照[摘要])”，公开了与二极管相关的技术。此外，专利文献2的摘要的图，在本申请的附图中登载为图14。

然而，通过专利文献1的[摘要]的[选择图]的图1(在本申请中登载为图13)的结构，在[0026]或[0033]中具体记载的1×10¹⁵cm^-2剂量的p注入、1000℃热处理激活中成为载流子高注入的阴极结构，反向恢复开关时的拖尾电流变大变长。另外，对于反向恢复开关时的损耗(err)也有改善的余地。

另外，通过专利文献2的[摘要]的图(在本申请中登载为图14)的结构，在[0015]所记载的5×10¹⁵cm^-2剂量以下且深度40μm的情况下，平均体积浓度为6.1×10¹⁷cm^-3，载流子寿命为n－型半导体基板区域的1/10以下。即，在不考虑依存于体积浓度的载流子寿命分布时，会有与导入的低载流子寿命控制层的位置无关，有可能发生载流子消失引起的浪涌这样的课题。

另外，在专利文献2中没有与n+型阻挡层的体积浓度峰值或深度分布相关的定量记载，也没有对其效果的影响的记载。在专利文件2的浪涌抑制效果的确保中，具有必须规定n+型阻挡层的体积浓度的峰值这样的课题。

另外，在专利文献1、专利文献2中，没有记载静态耐压保持时的漏电流特性，但假定在高于动态施加电压而设定的静耐压下当空乏层到达低寿命控制层时漏电流增加。有该漏电流容易成为温度上升引起的元件损坏或劣化的原因这样的课题。

此外，图15表示基于专利文献1的结构，导入由专利文献2教导的低载流子寿命控制层，作为高偏压且小电流的反向恢复开关条件，本发明者们试制二极管并进行实验而得的实测的波形例子。

尽管在图15的实测波形中确保了大的拖尾电流，但拖尾电流(特性线151)还是急速地消失(特性线151、特性线150)，其结果是在电压波形(特性线152、特性线153)中识别出浪涌电压和振荡现象(阻尼振荡：特性线152)。

即，存在即使合并专利文献1、专利文献2所公开的技术也难以同时解决上述课题这样的课题。

专利文献1：日本特开2014-146721号公报

专利文献2：日本特开2002-016265号公报

技术实现要素：

本发明是鉴于上述课题而提出的，其课题在于提供一种一边改善二极管的导通损耗和开关损耗的权衡，一边抑制反向恢复开关时的浪涌电压和高频振荡，另外降低作为元件损坏或劣化原因的耐压保持时的漏电流的二极管、以及使用了该二极管的电力变换装置。

为了解决上述课题，以如下方式构成本发明。

即，本发明的二极管具备：阳极电极层；阴极电极层；夹在所述阳极电极层和所述阴极电极层之间，并在离所述阴极电极层的距离为30μm以上的位置上形成的第1导电型的缓冲层；在夹在所述阳极电极层和所述阴极电极层之间的区域形成，并与所述第1导电型的缓冲层接触的第1导电型的第1半导体层；以及在夹在所述阳极电极层和所述第1导电型的第1半导体层之间的区域形成的第2导电型的第2半导体层，所述第1半导体层的载流子浓度低于所述缓冲层的载流子浓度，所述缓冲层的载流子浓度不足1×10¹⁵cm^-3，抑制从所述阴极电极层经由所述缓冲层向所述第1半导体层的载流子注入。

另外，在用于实施发明的方式中说明其他手段。

通过本发明，能够提供一种一边改善二极管的导通损耗和开关损耗的权衡，一边抑制反向恢复开关时的浪涌电压和高频振荡，另外降低作为元件损坏或劣化原因的耐压保持时的漏电流的二极管、以及使用了该二极管的电力变换装置。

附图说明

图1表示本发明的第一实施方式的二极管的上表面和断面的一个例子。

图2表示本发明的第一实施方式的二极管的图1的a-b断面中的深度方向断面轮廓的一个例子，(a)表示深度方向的载流子浓度，(b)表示深度方向的载流子寿命。

图3表示本发明的第二实施方式的二极管的上表面和断面的一个例子。

图4表示本发明的第二实施方式的二极管的图3的c1-d1断面和c2-d2中的深度方向断面轮廓的一个例子，(a)表示深度方向的载流子浓度，(b)表示深度方向的载流子寿命。

图5表示本发明的第三实施方式的二极管的上表面和断面的一个例子。

图6表示本发明的第三实施方式的二极管的图5的e-f断面中的深度方向断面轮廓的一个例子，(a)表示深度方向的载流子浓度，(b)表示深度方向的载流子寿命。

图7表示本发明的第四实施方式的二极管的上表面和断面的一个例子。

图8表示本发明的第五实施方式的二极管的上表面和断面的一个例子。

图9表示本发明的第六实施方式的二极管的上表面和断面的一个例子。

图10表示本发明的第七实施方式的二极管的上表面和断面的一个例子。

图11表示本发明的第八实施方式的二极管的上表面和断面的一个例子。

图12表示本发明的第九实施方式的电力变换装置的结构例子。

图13是专利文献1的[摘要]的[选择图]所示的图。

图14是专利文献2的[摘要]所示的图。

图15表示基于专利文献1的结构，导入由专利文献2教导的低载流子寿命控制层，作为高偏压且小电流的反向恢复开关条件，本发明者们试制二极管并进行实验而得的实测的波形例子。

图16表示本发明的第一实施方式的二极管的反向恢复开关时的电压/电流的时间推移波形的例子。

图17表示载流子寿命的载流子体积浓度依存性的例子。

图18表示使用了本发明的第一实施方式的二极管的拖尾电流的特性的一个例子。

图19表示使用了本发明的第一实施方式的反向电压阻断时的漏电流的特性的一个例子。

符号说明

100：高浓度n⁺层、高浓度n⁺区域(第4半导体层、第1导电型的第4半导体层)；

101：高浓度n⁺层、高浓度n⁺区域(第6半导体层、第1导电型的第6半导体层)；

102：阴极侧p层、阴极侧p区域(第2导电型的第8半导体区域)；

103：高浓度n⁺层、高浓度n⁺区域(第7半导体层、第1导电型的第7半导体层)；

104：高浓度n⁺层、高浓度n⁺区域(第5半导体层、第1导电型的第5半导体层)；

110：n^－漂移层(第1半导体层、第1导电型的第1半导体层)；

111：深n^－缓冲层(缓冲层、第1导电型的缓冲层)；

112、113：浅n缓冲层(第3半导体层、第1导电型的第3半导体层)；

120、122：p型半导体层、p型半导体区域(第2导电型的第2半导体层)；

121：低浓度p^－半导体层、低浓度p^－半导体区域；

160、161、162、163：低载流子寿命控制层、低载流子寿命区域；

500：阴极电极层；

501：阴极电极；

600：阳极电极层；

601：阳极电极；

701、702、703、704、705、706：igbt；

711、712、713、714、715、716：二极管；

801、802、803、804、805、806：栅极电路；

900：电源；

901：n端子；

902：p端子；

910：u端子、输出端子；

911：v端子、输出端子；

912：w端子、输出端子；

950：电动机。

此外，图13、图14中的符号分别属于专利文献1、专利文献2的[摘要]中的图，所以与上述本申请的附图的符号不一致。

具体实施方式

以下，适当参照附图来说明用于实施本发明的方式(以下标记为“实施方式”)。

此外，在用于说明实施方式的各图中具有相同功能的内容赋予相同的符号，并适当省略其重复的说明。另外，在以下的实施方式的说明中，除了特别需要时以外不重复地适当省略相同或同样部分的说明。

《第一实施方式》

参照附图来说明本发明的第一实施方式的二极管10。

《二极管10的结构概要》

图1表示本发明的第一实施方式的二极管10的上表面和断面的一个例子。

在图1中，二极管10构成在阳极电极601所连接的阳极电极层600和阴极电极501所连接的阴极电极层500之间。

此外，阳极电极层600和阴极电极层500是以金属为主体的层。

阳极电极层600与p型半导体层120(第2导电型的第2半导体层)的上表面(纸面的上表面)接触。

p型半导体层120的下表面与n^－漂移层110(第1导电型的第1半导体层)的上表面接触。

n^－漂移层110的下表面与深n^－缓冲层111(第1导电型的缓冲层)的上表面接触。

深n^－缓冲层111的下表面与浅n缓冲层112(第1导电型的第3半导体层)的上表面接触。

在浅n缓冲层112中形成低载流子寿命控制层(低载流子寿命层、低载流子寿命区域)160。

浅n缓冲层112的下表面与高浓度n⁺层100(第1导电型的第4半导体层)的上表面接触。

高浓度n⁺层100(高浓度n⁺区域)100的下表面与上述的阴极电极层500接触。

《二极管10的载流子浓度分布的概要》

其次，参照图2来说明第一实施方式的二极管10的载流子(杂质)浓度分布的概要。

图2表示本发明的第一实施方式的二极管10的图1的a-b断面中的深度方向断面轮廓的一个例子，(a)表示深度方向的载流子浓度(分布)，(b)表示深度方向的载流子寿命(分布)。

此外，载流子寿命是指直到从热平衡状态增加的少数载流子再次结合为止的平均时间(成为e^－1倍的时间)。

在图2的(a)中，深度方向(横轴)的载流子浓度(纵轴)从阳极侧开始，依次对应于图1的p型半导体层120、n^－漂移层110、深n^－缓冲层111、包含低载流子寿命控制层160的浅n缓冲层112、高浓度n⁺层100。

此外，p型半导体层120与n^－漂移层110、深n^－缓冲层111、浅n缓冲层112、高浓度n⁺层100的载流子的极性(p、n)不同，但仅着眼于载流子浓度来进行标记。

另外，低载流子寿命控制层160以线状进行标记，其是为了表示深度方向的位置而进行了标记，对应于线状的长度，并不表示载流子浓度进行广泛的分布。

在图2的(b)中，深度方向(横轴)上的载流子寿命(纵轴)对应于图2的(a)的载流子浓度的分布，大致上载流子浓度高的一方载流子寿命低。并且，在对应于图2的(a)的低载流子寿命控制层160的位置(深度)上，载流子寿命降低。

本发明的第一实施方式的二极管10的构造中的各结构区域的浓度或厚度通过二极管的额定电压来制约并决定。

在将二极管10构成为kv数量级的高耐压硅二极管时，二极管10的阳极侧的p型半导体层120的深度为5～10μm左右20μm以下。

另外，合并了n^－漂移层110和深n^－缓冲层111的厚度为50～1000μm左右，n^－漂移层110的载流子浓度为1×10¹³～1×10¹⁵cm^－3左右。但是，n^－漂移层110的载流子浓度没有达到1×10¹⁵cm^-3。

另外，深n^－缓冲层111的厚度为30μm以上，载流子浓度(体积浓度)不足1×10¹⁵cm^-3，相比n^－漂移层110为高浓度。

此外，深n^－缓冲层111的总载流子(从图1的上面看到的面积浓度)为1×10¹¹～1×10¹³cm^－2。

此外，“cm^－2”意味着“个/cm²”，“cm^－3”意味着“个/cm³”。

《低载流子寿命控制层》

在本发明的第一实施方式的二极管10的构造中，为了抑制阴极载流子注入，在深n^－缓冲层111中形成了低载流子寿命控制层160。

作为从图1的上面看到的面积浓度，从阴极电极层向1.5～10μm的区域注入1×10¹¹～1×10¹³cm^－2的n型杂质来形成浅n缓冲层112。然后，在将该浅n缓冲层112进行激光退火处理时，通过不激活上述区域的全部杂质而在其内部区域中残留缺陷层，能够具有低载流子寿命控制层160，形成减少载流子注入的构造。

在图2的(a)、(b)中，低载流子寿命控制层160的分布独立于浅n缓冲层112的载流子浓度的分布。

另外，载流子寿命低的位置作为电阻来看时为高电阻值。因此，低载流子寿命控制层160的电阻分布(比电阻分布)独立于浅n缓冲层112的载流子分布。

即，低载流子寿命控制层160独立于浅n缓冲层112的载流子分布(杂质浓度分布)而具有示出高电阻峰值的比电阻分布。

另外，此时的浅n缓冲层112的杂质浓度5×10¹¹～5×10¹²cm^－2为最佳，深度优选3～5μm。

另外，为了与阴极电极501以及阴极电极层500的欧姆接合，在离开阴极电极层500的接合部表面1.5μm以下的区域中，以总载流子(面积浓度)为1×10¹⁵cm^－2左右，形成体积浓度为1×10¹⁸～10²¹cm^－3的高浓度n⁺层100。

《载流子抑制的效果》

本发明的第一实施方式的二极管10，相对于阳极电极层600和阴极电极层500，在从离阴极电极层500的距离为30μm以上的位置开始到阴极电极层500为止的区域中，具有深n^－缓冲层111。此外，上述深n^－缓冲层111的载流子浓度不足1×10¹⁵cm^-3。

另外，在夹在阳极电极层600和深n^－缓冲层111之间的区域中，具有相比深n^－缓冲层111成为载流子浓度低的高电阻的n^－漂移层110。

另外，在夹在阳极电极层600和n^－漂移层110之间的区域中具有p型半导体层120。

通过以上的结构，成为上述的深n^－缓冲层111的载流子浓度不足1×10¹⁵cm^-3，且抑制从阴极电极501以及阴极电极层500经由浅n缓冲层112和深n^－缓冲层111向成为高电阻的n^－漂移层110注入的载流子的结构。

在具有这样构造的二极管中，由于在反向恢复开关时从内部排出载流子并成为断开状态的过程中的载流子量少，因此开关速度变快并降低反向恢复开关损耗。

<反向恢复开关时的电压/电流特性>

其次，对于本发明的第一实施方式的二极管10的反向恢复开关时的电压/电流的特性进行说明。

图16表示本发明的第一实施方式的二极管10的反向恢复开关时的电压/电流的时间推移波形的例子。

在图16中，纵轴表示二极管10的集电极电流(阴极电流)和施加电压(施加电源电压)，横轴表示时间(时间的推移)。

另外，特性线261是本发明的第一实施方式的二极管10的导通电流特性，特性线262是现有技术的一个例子的导通电流特性。另外，特性线263是反向恢复开关时的施加电压(施加电源电压)。

在图16中，由于通过本发明第一实施方式的二极管10说明的低注入构造，阴极侧的载流子减少，因此如特性线261的电流波形那样，拖尾电流部变小。

在该拖尾电流区域中，由于电压也已经升高到电源电压附近，因此作为电压和电流的乘积的发生损耗有可能变得非常大，但如上述的特性线261的电流波形那样，拖尾电流部变小(接近于0a)对反向恢复开关损耗的降低效果做出显著的贡献。此外，在图16中“0a”意味着零安培。

<拖尾电流和振荡现象>

本发明的第一实施方式的二极管10的构造的深n^－缓冲层111，抑制注入载流子的恢复时的减少速度，并通过缓解拖尾电流的现象来抑制振荡现象，能够一边确保耐压一边进行可低损耗的薄晶片化。

<载流子寿命的载流子体积浓度依存性>

接着，对于载流子寿命的载流子体积浓度依存性进行说明。

图17表示载流子寿命的载流子体积浓度依存性的例子。

在图17中，纵轴为载流子寿命“秒”，横轴为载流子浓度。另外，表示电子和空穴的特性。

如图17所示的那样，载流子浓度在1×10¹⁵cm^-3以上，载流子浓度越高则载流子寿命急剧变短。但是，在1×10¹⁵cm^-3以下，不依存于载流子浓度而维持长载流子寿命。

因此，如本发明的第一实施方式的二极管10那样，在1×10¹⁵cm^-3以下的峰值浓度下具有载流子分布的深n^－缓冲层111与载流子分布无关地成为高寿命区域。

在维持该特性的基础上，能够依存于缓冲层的浓度并减缓反向恢复开关时的空乏化速度。并且，通过能够防止载流子的消失，确保拖尾电流区域来抑制阻尼振荡噪声发生。

《深n^－缓冲层111的形成》

在图1中的深n^－缓冲层111的形成时，考虑充分防止空乏层到达阴极电极附近的低寿命层，根据发明者们的计算和实验试制确认需要30μm以上的厚度。

同样地，深n^－缓冲层111的总载流子(从图1的上面看见的面积浓度)需要1×10¹¹～1×10¹³cm^－2。即，也可以说通过载流子浓度(体积浓度)的浓度峰值满足1×10¹⁵cm^-3的剖面图来规定的厚度。

另外，通过在深n^－缓冲层111与阳极侧的p型半导体层120之间确保低载流子浓度的n型漂移层，能够降低逆偏压时的该部分的电场，并能够确保耐压并且良好地保持宇宙射线承受量特性。

在深n^－缓冲层111的形成中，在硅半导体层中主要进行p、as、sb等的扩散。这些元素的n型载流子的激活率高，能够形成期望浓度的n层。

《高浓度n⁺层100》

另外，在与阴极电极(阴极电极层500)的接合面的整个面、或者部分面上具有1×10¹⁹cm^-3以上的高浓度n⁺层100，有利于与阴极电极的欧姆接合。并且，进一步优选1×10²⁰cm^-3以上。

该高浓度n⁺层100相当于上述的阴极电极附近的低寿命层。

由于高浓度n⁺层100以欧姆接合为目的，因此优选为不足1μm的薄层。

这是由于该高浓度n⁺层100作为电阻成分有助于正向电压降vf增大，正向电压降vf以厚度的量增加。另外，通过成为非整个面而部分接触，来自阴极的载流子低注入化也成为可能。

<本发明的第一实施方式的实测例子1>

在本发明的第一实施方式的二极管10中，通过实验试制确认了，因为来自阴极的注入本身缩小，所以拖尾电流本身小，空乏层不引起残留载流子的急剧消失，而电流平缓地停止。

图18表示该实测波形的例子。

图18表示使用了本发明的第一实施方式的二极管10的集电极电流(阴极电流)中的拖尾电流特性的一个例子。

在图18中，纵轴表示本发明的第一实施方式的二极管10的施加电压(阳极、阴极间电压：特性线182)和集电极电流(阴极电流：特性线181)，横轴表示时间(时间的推移)。

在图18中了解到特性线181上的拖尾电流小，且平缓地消失(特性线180)的情况。另外，了解到在特性线182的阳极、阴极间电压，没有阻尼振荡现象，未发生振荡。

在将图18(本发明的第一实施方式的特性)与图15(假设合并专利文献1和专利文献2的构造的实验的特性)相比较时，本发明的第一实施方式的二极管10在“拖尾电流小，且平缓地消失”、以及“没有阻尼振荡现象，未发生振荡”方面被改善。

<本发明的第一实施方式的实测例子2：深n^－缓冲层>

另外，本发明者们针对阴极的低注入构造，实测确认了反向电压阻断时的漏电流的降低效果作为缓冲层构造的效果。

图19表示使用了本发明的第一实施方式的二极管10的反向电压阻断时的漏电流特性的一个例子。此外，作为比较，还一起表记了现有技术的特性例子。

在图19中，横轴为二极管的阳极、阴极间的电压(vka)，纵轴以自然对数表记了阳极电流(ia)。另外，特性线191(191a、191b)是本发明第一实施方式的二极管10的特性，特性线192(192a、192b)是现有技术的特性例子。

该现有技术是指例如在浅n缓冲层中具有通过激光退火调整并形成的低寿命区域的低注入构造。或者，是通过质子或氦等的照射而形成了缺陷层的构造。

在低注入构造中，考虑到低载流子寿命区域的影响，在反向电压阻断时如果空乏层到达阴极注入层或其浅缓冲层，则观察到漏电流的急剧增加(特性线192a)。此外，特性线192b表示超过二极管的耐压，电流急剧增大的区域。

在现有技术的构造的低注入n型层中部分地间隔设置阴极高注入层的情况下，由于低注入部中的空乏层的侵入，设想到漏电流的增大，在以这样1μm左右的深度形成的这样的图形构造中，通过阴极电极的尖峰等也使得漏电流增加。

另外，在阴极侧部分地形成了p型区域的情况下，如果空乏层进展到p型层附近为止，则通过来自p型层的空穴注入，使得漏电流增加。

与此相对，在本发明的第一实施方式的二极管10构造中，如图19的特性线191a所示，在引起故障(191b)之前，漏电流的增加与现有技术的特性例子(特性线192a)相比较缓慢，可以说观察不到漏电流的增加。

其理由是因为通过深n^－缓冲层111(图1)来抑制空乏层的伸展本身，并能够消除作为漏电流增加原因的阴极低注入构造的影响。

通过该构造，减小作为元件损坏或劣化的主要原因的耐压保持时的漏电流，并实现高可靠化。

《第二实施方式》

参照附图来说明本发明的第二实施方式的二极管10。

图3表示本发明的第二实施方式的二极管10的上表面和断面的一个例子。

在图3中，与图1不同的是低载流子寿命控制层161的构造。

低载流子寿命控制层161部分地形成在浅n缓冲层112中。例如，在图3的表示断面位置的c2—d2处，低载流子寿命控制层161与图1中的低载流子寿命控制层160同样地存在，但是在图3中的表示断面位置的c1—d1处不存在。

图4表示本发明的第二实施方式的二极管10的图3的c1—d1断面和c2—d2断面中的深度方向断面轮廓的例子，(a)表示深度方向的载流子浓度(分布)，(b)表示深度方向的载流子寿命(分布)。此外，在图4的(b)中为了比较而重叠表记c1—d1断面和c2—d2断面中的载流子寿命。

即，如c1—d1断面和c2—d2断面那样，表示出浅n缓冲层112内的载流子寿命分布根据低载流子寿命控制层161的位置关系而改变。

此外，因为表示第二实施方式的图4与表示第一实施方式的图1的不同只是低载流子寿命控制层161的形态、与之相伴的载流子寿命分布，所以省略其他结构要素的重复说明。

在通过图4的(a)、(b)表示的低载流子寿命控制层161的构造的形成中，能够通过改变由图1说明的浅n缓冲层112的激光退火照射的平面图形来实现。

激光退火照射中的各照射位置的能量、或累计能量越低，则越能够实现激活的低载流子寿命化。

通过该方法抑制来自阴极(阴极电极层500)的注入载流子，并且能够通过期望的区域改变注入载流子量。例如，通过特别缩小构成二极管10的芯片周边的绝缘区域的注入，能够抑制反向恢复开关时的阳极侧导通周边部的载流子集中，增加损坏承受量，并抑制逆耐压保持时的漏电流。

如图4表示的本构造这样，来自阴极的总注入载流子量，由于是引出本发明的效果的构造，具有能够一边抑制为低注入，一边实现期望区域的高注入化或极低注入化等的效果。

《第三实施方式》

参照附图来说明本发明的第三实施方式的二极管10。

图5表示本发明的第三实施方式的二极管10的上表面和断面的一个例子。

在图5中，与图1不同的是在深n^－缓冲层111中具有低载流子寿命控制层162。即，没有图1中的浅n缓冲层112，而是深n^－缓冲层111兼作n型的浅n缓冲层112。

此外，图1中的高浓度n⁺层100在图5中记载为高浓度n⁺层104。

另外，因为表示第三实施方式的图5与表示第一实施方式的图1的不同仅是没有浅n缓冲层112，并且深n^－缓冲层111与低载流子寿命控制层161的位置关系，所以省略其他结构要素的重复说明。

图6表示本发明的第三实施方式的二极管10的图5的e—f断面中的深度方向断面轮廓的例子，(a)表示深度方向的载流子浓度(分布)，(b)表示深度方向的载流子寿命(分布)。

在图6的(a)、(b)中，图5的e—f断面中的从阳极侧开始，图5的p型半导体层120、n^－漂移层110、包含低载流子寿命控制层162的深n^－缓冲层111、高浓度n⁺层104(第1导电型的第5半导体层)依次对应。

在本发明的第三实施方式中，通过低载流子寿命控制层162进行来自阴极的载流子低注入化。

能够通过基于质子或氦等的照射的缺陷生成和其后的基于退火处理的缺陷恢复调整来形成这样的低载流子寿命控制层162。

此外，在图6的(a)、(b)中，低载流子寿命控制层162的分布独立于深n^－缓冲层111的载流子浓度的分布。另外，载流子寿命低的位置，在视为电阻时为高电阻值。因此，低载流子寿命控制层162的电阻分布(比电阻分布)独立于深n^－缓冲层111的载流子分布。

即，低载流子寿命控制层162独立于深n^－缓冲层111的载流子分布(杂质浓度分布)而具有示出高电阻峰值的比电阻分布。

低载流子寿命控制层162通过尽可能地接近于高浓度n⁺层104，并且形成在狭小的区域，能够抑制在二极管的反向恢复开关时空乏层到达，并能够防止发生浪涌电压和振荡现象。

此时，通过本发明的第三实施方式结构的深n^－缓冲层111的效果，能够应对更严格的条件下的高偏压、低电流、低温。

另外，由于n^－漂移层110、深n^－缓冲层111都不影响载流子寿命，因此预料到低vf化引起的损耗降低。并且由于通过深n^－缓冲层111的效果能够在逆耐压保持时也抑制空乏层到达低载流子寿命控制层162，因此能够防止漏电流的增大。

《第四实施方式》

参照附图来说明本发明的第四实施方式的二极管10。

图7表示本发明的第四实施方式的二极管10的上表面和断面的一个例子。

在图7中，与图5不同的是没有图5中的低载流子寿命控制层162，而在深n^－缓冲层111内部分地形成高浓度n⁺区域101(第1导电型的第6半导体层)。

通过基于光图形化或金属掩模的n+区域注入、通过第一实施方式已说明那样的激光激活的照射图形等，能够形成图7表示的构造。

在图7中，高浓度n⁺区域101中能够实现与阴极电极层500的欧姆接合或高载流子注入，并通过与高浓度n⁺区域101以外的低载流子注入区域(深n^－缓冲层111)的面积比或区域划分来抑制总载流子注入量。

图7中的构造的载流子注入的区域划分，除了图7的来自阴极的低载流子注入化以外，还具有通过第二实施方式说明的损坏承受量提高或漏电流抑制的效果等的合成效果，是有用的构造。

《第五实施方式》

参照附图来说明本发明的第五实施方式的二极管10。

图8表示本发明的第五实施方式的二极管10的上表面和断面的一个例子。

在图8中，与图7不同的是具有浅n缓冲层113，高浓度n⁺区域101部分地形成在浅n缓冲层113内。

浅n缓冲层113具有减小逆电压保持时的漏电流的效果。

另外，在图8的构造中，除了图7说明的来自阴极的低载流子注入化以外，还具有第二实施方式说明的损坏承受量提高或漏电流抑制的效果等的合成效果，是有用的结构。

《第六实施方式》

参照附图来说明本发明的第六实施方式的二极管10。

图9表示本发明的第六实施方式的二极管10的上表面和断面的一个例子。

在图9中，本发明的第六实施方式的特征是具有在浅n缓冲层113内部分地形成的阴极侧p区域102(第2导电型的第8半导体区域)、以及具有与阴极电极(阴极电极层500)接触，并在深n^－缓冲层111内或者浅n缓冲层113内部分地形成的高浓度n⁺区域103(第1导电型的第7半导体层)。

此外，阳极电极601、阳极电极层600、阴极电极501、阴极电极层500、p型半导体层120、n^－漂移层110、深n^－缓冲层111与图1、图8的结构相同，因此省略重复的说明。

在图9所示的构造中，通过从反向恢复开关时正偏压的阴极侧p层102向深n^－缓冲层111、或浅n缓冲层113中发生载流子注入来确保拖尾电流并获得平缓的波形。

另外，如图9所示的那样，在具有阴极侧p区域(阴极侧p层)102的构造中，以充分确保来自高浓度n⁺层103的载流子注入的方式，将高浓度n⁺层(高浓度n⁺区域)103附近区域的寿命设定得高，由此能够抑制阴极侧p层102引起的低电流区域的电阻增大或负电阻特性。

如上所述，在足够低的载流子注入的阴极构造中，能够作为复合效果而获得图9所示的构造中的拖尾电流特性，获得更稳定的特性。

《第七实施方式》

参照附图来说明本发明的第七实施方式的二极管10。

图10表示本发明的第七实施方式的二极管10的上表面和断面的一个例子。

在图10中，与图1不同的是代替图1的p型半导体层120，具有低浓度p^－半导体层121和p型半导体区域122。

低浓度p^－半导体层121是具有平面的形状，分别将上表面和下表面与阳极电极层600和n^－漂移层110接触。

另外，p型半导体区域122是具有曲面的沟状的形状，位于多个区域，并与阳极电极层600、n^－漂移层110和低浓度p^－半导体层121接触。

在具有图10所示的阳极构造(阳极电极层600、低浓度p^－半导体层121、p型半导体区域122、n^－漂移层110)的二极管中，导通时主要仅从p型半导体区域122发生载流子注入。因此，阳极附近的载流子浓度降低，抑制反向恢复开关时的反向恢复电流，降低损耗并且获得平缓的开关波形。

《第八实施方式》

参照附图来说明本发明的第八实施方式的二极管10。

图11表示本发明的第八实施方式的二极管10的上表面和断面的一个例子。

在图11中，与图1不同的是在n^－漂移层110中具有低载流子寿命控制层163。

此外，其他的结构与图1的结构相同，省略重复的说明。

在图11所示的本发明的第八实施方式的二极管10中，由于通过低载流子寿命控制层163减少从p型半导体层120向n^－漂移层110的载流子注入，因此获得与图10所示的第七实施方式的二极管10的阳极侧相同的效果。

《第九实施方式》

参照附图来说明本发明的第九实施方式的电力变换装置20。

图12表示本发明的第九实施方式的电力变换装置20的结构例子。

在图12中，通过串联连接igbt701和igbt702来构成u相的支路。同样的，通过igbt703和igbt704来构成v相的支路，通过igbt705和igbt706来构成w相的支路。

另外，栅极电路801～806分别控制igbt701～706。

另外，二极管711～716分别相对于igbt701～706逆并联连接。

经由负侧的n端子901和正侧的p端子902，向所述u相的igbt701和igbt702、v相的igbt703和igbt704、w相的igbt705和igbt706分别施加来自电源900的直流电压即电源电压vcc来供给直流电压(电力)。

并且，通过栅极电路801～806综合地控制igbt701～706，从u相、v相、w相的各个支路的输出端子(u端子、v端子、w端子)901～912生成可变电压、可变频率的三相交流电压(电力)。

即，电力变换装置20构成将直流电压(电力)变换为可变电压、可变频率的三相交流电压(电力)的逆变器装置。

通过从输出端子910～912向电动机(三相交流电动机)950供给该三相交流电压(电力)，以可变电压、可变频率来驱动电动机950。

图12所示的电力变换装置20的特征是在二极管711～716中使用了本发明的第一～第八实施方式中的某个构造的二极管。

在图12的电力变换装置(逆变器装置)20中，通过使用本发明的第一～第八实施方式中的某个构造的二极管，实现逆变器的低损耗化、低噪声化和高可靠化。

《其他的实施方式》

此外，本发明并不限定于以上说明的实施方式，还包含各种变形例子。例如，上述的实施方式是为了易懂的说明本发明而进行的详细说明，但是并不限定于必须具备说明的全部结构。另外，能够将某个实施方式的结构的一部分替换为其他实施方式的结构的一部分，并且，能够在某个实施方式的结构中加入其他实施方式的结构的一部分或全部。

以下，进一步说明其他实施方式和变形例子。

《深n型缓冲层厚度的规定》

在第一实施方式中，说明了深n^－缓冲层111厚度为30μ以上，载流子浓度不足1×10¹⁵cm^-3，但是并不限定于此。

即，深n^－缓冲层111的厚度也可以规定为深n型缓冲层的载流子浓度(体积浓度)不足1×10¹⁵cm^-3，且总载流子浓度(面积浓度)不足1×10¹¹～1×10¹³cm^－2的厚度。

《深n型缓冲层的形成》

在第一实施方式中，说明了在深n^－缓冲层111的形成中，在硅半导体层中主要进行p、as、sb等的扩散的方法。

但是并没有限定于该方法。作为更有效的形成手段，具有在深n^－缓冲层111中包含氧，生成并形成氧热施主的方法。

在该方法中，氧的扩散系数与作为v族元素的p相比，大两位数以上。因此，能够短时间地进行深度扩散。

另外，氧也被使用在通常扩散的氛围中，通过在氧氛围中进行热处理，能够不使用特别的装置地形成图1所示的第一实施方式中的深n^－缓冲层111。

通过800℃以上的热处理来消除氧热施主，并通过400～600℃的热处理来生成氧热施主。

因此，在通常的二极管形成工序中，例如作为n型层的激活退火或形成为层间绝缘膜的bpsg(boronphosphorussiliconglass，硼磷硅玻璃)膜的致密化退火，通过800℃～1000℃的热处理来消除了氧热施主后，以400℃～500℃退火来生成为ai等的电极形成后的烧结物，由此能够高精度地调整n型缓冲层(深n^－缓冲层111：图1)的n型载流子密度。

另外，通过本发明者们的探讨了解到氧热施主的n型载流子密度与氧浓度的约5次方成正比，通过将氧浓度设定为1×10¹⁷cm^-3以上，能够使热施主引起的n型载流子密度大于n^－层(深n^－缓冲层111：图1)。

《来自阴极的载流子低注入构造》

在第一实施方式中，对于低载流子寿命控制层160的形成，说明了将n型杂质从阴极电极层注入到1.5～10μm的区域来形成浅n缓冲层112，并在对该浅n缓冲层112进行激光退火处理时，通过不激活上述区域的全部杂质而将缺陷层残留在其内部区域来形成低载流子寿命控制层。

但是，低载流子寿命控制层160的形成方法并不限定于上述的方法。

例如，通过照射质子或氦等惰性元素，进行退火处理，残留缺陷层也能够获得同样的效果。

另外，即使在与阴极电极(阴极电极层500)接触的区域中部分地形成高注入n型区域，并且在低注入n型层中也能够间隔设置。

并且，通过在与阴极电极(阴极电极层500)接触的区域中部分地形成高注入n型区域，并且部分地形成p型半导体区域，也能够形成低载流子寿命控制层160。

《构造的组合》

在第七实施方式中，如图10所示，采用具有低浓度p^－半导体层121和p型半导体区域122的构造。这是阳极侧的构造的改良。

与之相对，在第一～第六实施方式中，如图1、图3、图5、图7～图9所示，是阴极侧的构造的改良。

因此，也能够组合具有第七实施方式的图10所示的低浓度p^－半导体层121和p型半导体区域122的阳极侧构造、和第一～第六实施方式中的阴极侧构造。

另外，有时获得合并了各个效果的效果。

另外，在第八实施方式中，如图11所示，采取在n^－漂移层110中具有低载流子寿命控制层163的构造。

也能够将该构造与第二～第六实施方式的图3、图5、图7～图9所示的构造分别组合。

另外，有时获得合并了各个效果的效果。

《电力变换装置》

表示本发明的第九实施方式的图12表示了安装本发明的第一～第八实施方式中某个的二极管，并将直流电压(电力)变换为三相交流电压(电力)的逆变器，但是图12只是一个例子，本发明的电力变换装置并不限定于此。

例如，也可以不是三相，而是单相或四相以上构造的逆变器。

另外，安装本发明的第一第八实施方式中某个的二极管并不限定于逆变器。

例如，也可以是将交流变换为直流的变换器。另外，如果使用二极管，则升压以及降压的斩波器等其他电力变换装置也能够获得同样的效果。