二极管、电力变换装置的制造方法_4

文档序号:8927131阅读:来源:国知局
时的浪涌电压.振动的二极管I。
[0104]<实施方式2>
[0105]图10是本发明的实施方式2的二极管I的侧剖视图。与图1相同,图10表示本实施方式2的二极管I的有源区域和终端区域的示意的剖视图。如图10所示,本实施方式2的二极管I中,除了终端区域在有源区域的整个面也形成HIRC构造的ρ型阱105。
[0106]本实施方式2中,与参照图2至图8说明的制造方法相同,在形成阳极P层102、阳极ρ-层103以及低寿命区域层104前,在有源区域形成HIRC构造的ρ型阱105。当形成P型阱105时,向Si基板100注入的ρ型杂质的剂量为IX 111CnT2以上、IX 10 13CnT2以下。为了确保终端构造的耐压,终端区域的FLR构造与实施方式I相同,本实施方式2的二极管I的FLR构造的ρ型阱106的ρ型杂质浓度优选比有源区域的HIRC构造的ρ型阱105的ρ型杂质浓度高。HIRC构造的ρ型阱105和FLR构造的ρ型阱106也可以分别形成,也可以通过局部地开口有源区域的掩模来减少向Si基板100注入的ρ型杂质的注入量,从而同时形成。
[0107]对于本实施方式2的二极管I而言,由于ρ型阱105覆盖低寿命区域层104,所以对施加了反向电压时的低寿命区域层104施加的电场变小,从而能够缩小漏电电流。并且,P型阱105的ρ型杂质是低浓度的,导通时的空穴从阳极ρ层102注入,从而能够与实施方式I相同地得到恢复时的浪涌电压.振动的抑制的效果。
[0108]<实施方式3>
[0109]图11是本发明的实施方式3的二极管I的侧剖视图。图11表示本实施方式3的二极管I的有源区域的示意的剖视图。省略了终端区域的记载,但与实施方式I?2相同。
[0110]如图11所示,本实施方式3的二极管I不在有源区域的整个面而仅在一部分形成阳极P层102和阳极ρ-层103。通过不向有源区域的整个面而仅向有源区域的一部分照射激光,能够仅在有源区域的一部分形成阳极P层102和阳极ρ-层103。阳极ρ层102和阳极ρ-层103优选在从Si基板100的表面观察的情况下形成为条纹状。
[0111]对于本实施方式3的二极管I而言,在有源区域的面内存在未形成阳极ρ层102和阳极P-层103的区域,在导通时电子通过该区域而向阳极电极移动,从而从阳极ρ层102开始的空穴注入量减少,而进一步抑制恢复时的浪涌电压.振动。
[0112]也可以向图11所示的有源区域的面内未形成阳极P层102和阳极ρ-层103的区域,照射与形成有阳极P层102和阳极P-层103的区域相比较弱的能量的激光,而形成P型杂质的活化率较低的P-层。由此,由于电子通过该P-层而向阳极电极移动,所以同样地进一步抑制恢复时的浪涌电压?振动。并且,通过形成P-层而设置PN结,能够增加接合的稳定性,提尚成品率。
[0113]此外,本实施方式3的二极管I中,与实施方式2的二极管I相同,也可以在除终端区域之外在有源区域的整个面形成HIRC构造的ρ型阱105。由此,当施加了反向电压时,施加于低寿命区域层104的电场变小,而能够缩小漏电电流。
[0114]<实施方式4>
[0115]图12是本发明的实施方式4的二极管I的侧剖视图。图12表示本实施方式4的二极管I的有源区域的示意的剖视图。省略了终端区域的记载,但与实施方式I?3相同。
[0116]如图12所示,本实施方式4的二极管I除实施方式I的二极管I的结构之外,还在阴极侧设置通过阴极缓冲η层的η型杂质的离子注入而导入的形成缺陷的低寿命区域层117。阳极侧的构造与实施方式I的二极管I的结构相同。
[0117]图13是表示在本实施方式4中从Si基板100的背面、即阴极侧观察时的深度方向的η型杂质的浓度曲线(实线:通过SIMS测定)以及活性化后的η型杂质的浓度曲线(虚线:通过SR法测定)的图。参照图13,对阴极侧的η型半导体层的深度方向的构造进行说明。
[0118]区域A是η型杂质为高浓度(lX1019cm_3以上)且活化率较高的(20?100%)阴极η层112。区域B是η型杂质为低浓度(I X 1016cm_3左右)且活化率较高的(大致100%)阴极缓冲η层111。区域C是激光照射所产生的热无法充分地向该区域传递、残存离子注入所产生的缺陷而少数载流子的寿命较短的低寿命区域层117。区域D是不进行η型杂质的离子注入的η-漂移层101。
[0119]实施方式I中,若照射电子束而不对η-漂移层101全域的寿命进行控制,则恢复时的恢复电流恢复时的拖尾电流变大,恢复损耗变大。本实施方式4中,通过在阴极侧设置低寿命区域层117,来减少恢复时在阴极侧的η-漂移层101残存的载流子,从而能够缩小拖尾电流,且能够缩小恢复损耗。即,不通过电子束照射来控制寿命,而仅设置阳极侧的低寿命区域层104和阴极侧的低寿命区域层117,就能够抑制恢复时的浪涌电压.振动,并且能够减少恢复损耗。
[0120]<实施方式5>
[0121]图14是本发明的实施方式5的电力变换装置10的电路图。图14所示的电力变换装置10是使用实施方式I?4中任一实施方式所说明的二极管I来变换电力的装置。
[0122]如图14所示,电力变换装置10具备马达驱动用的三相变频电路。在作为半导体开关元件的IGBT200a?200f,分别逆向并列地连接有本发明的二极管201a?201f。艮P,二极管201a?201f作为续流二极管动作。作为这些二极管201a?201f,使用实施方式I?4中任一实施方式的二极管I。IGBT200a?200c和IGBT200d?200f分别一个一个地组合而两个串联连接,即两个IGBT与二极管的逆向并列电路串联连接,而分别构成一相量的半桥电路。
[0123]半桥电路的交流的相数量在本实施方式5中具备三相量。通过两个IGBT200a与IGBT200d的串联连接点、即两个逆向并列电路的串联连接点,进行交流输出,作为U相的交流输出而与感应机、同步机等的马达206连接。其它的半桥电路也相同,从两个IGBT的串联连接点分别进行V相以及W相的交流输出,并与马达206连接。
[0124]上臂侧的IGBT200a?200c的集电极共用连接,与整流电路203的直流高电位侧连接。下臂侧的IGBT200d?200f的发射极共用连接,与整流电路203的接地侧连接。整流电路203将交流电源202的交流变换为直流。IGBT200a?200f通过进行接通.断开开关,来将从整流电路203接受的直流变换为交流而驱动马达206。上臂驱动电路204以及下臂驱动电路205分别向上臂侧的IGBT200a?200c以及下臂侧的IGBT200d?200f的栅极给予驱动信号,使IGBT200a?200f进行接通.断开动作。
[0125]根据本实施方式5,由于将本发明的二极管I作为续流二极管而与IGBT200a?200f逆向并联连接,所以能够抑制切换时的二极管的浪涌电压?振动。并且,能够减少因电压变动而产生的噪声。另外,由于二极管I的恢复电流较小,所以能够减少开关损失,从而能够提高电力变换装置10整体的能量效率。与二极管I的浪涌电压?振动变小相应地,能够使开关高速,从而能够提高电力变换装置10整体的能量效率。
[0126]本发明不限定于上述的实施方式,包括各种变形例。上述实施方式是为了容易理解地说明本发明而详细地进行了说明,不限定于必须具备说明的全部结构。并且,也能够将某实施方式的结构的一部分置换为其它的实施方式的结构。并且,也能够在某实施方式的结构中增加其它的实施方式的结构。并且,对于各实施方式的结构的一部分,也能够追加.削除.置换其它的结构。
[0127]例如,作为内置于逆向导通型的半导体开关元件的二极管,也可以使用本发明的二极管I。并且,能够代替图14所示的电力变换装置10中的IGBT200a?200f,使用MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、接合型双极晶体管、接合型FET、静电感应型晶体管、GTO晶闸管(Gate Turn Off Thyristor:门极关断晶闸管)等半导体开关元件。
[0128]实施例
[0129]以下,将实施方式I的二极管I作为实施例1,并将实施方式4的二极管I作为实施例2,对评价了动作特性的结果进行说明。
[0130](作成条件)
[0131]实施例1和实施例2的二极管I使用比电阻25 Ω.cm的η型Si晶片作为Si基板100。在Si基板100的表面的阳极侧,作为用于形成阳极P-层103的ρ型杂质,而以能量720keV、偏角0°、剂量I X 11Vcm2注入硼。作为用于形成阳极ρ层102的ρ型杂质,以能量25keV、偏角7°、剂量I X 11Vcm2注入硼。之后,作为用于使注入后的ρ型杂质活性化的激光退火,以1.5J/cm2的能量照射了波长536nm的YLF激光的第二高次谐波。
[0132]在使Si基板100从背面侧变薄为120 μ m的厚度后,在Si基板100的背面的阴极侦牝作为用于形成阴极缓冲η层111的η型杂质而以能量720keV、
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