偏角0°、剂量I X 112CnT2注入磷。并且，作为阴极η层112的η型杂质而以能量60keV、偏角7°、剂量I X 115CnT2注入磷。之后，作为用于使注入了的η型杂质活性化的激光退火，照射波长536nm的YLF激光的第二高次谐波。实施例1中，将激光的能量设为2.0J/cm2，成为了在阴极侧不具有低寿命区域层117的构造。实施例2中，将激光的能量设为1.5J/cm2，成为了在阴极侧具有低寿命区域层117的构造。
[0133]作为比较例1，在实施例1的二极管中，将用于使离子注入于阳极侧后的P型杂质活性化的激光退火的照射能量变高2.0J/cm2。此外，比较例I中的离子注入的条件以及其它的条件与实施例1中的条件相同。S卩，比较例I中，具有阳极P层102和阳极ρ-层103，但不具有阳极侧的低寿命区域层104。
[0134]作为比较例2，在实施例1的二极管中，不注入用于形成阳极P-层103的ρ型杂质的离子，而将用于形成阳极P层102的P型杂质的离子注入的能量设为130keV。此外，比较例2中的激光退火的条件以及其它的条件与实施例1中的条件相同。即，比较例2中，具有阳极P层102和阳极侧的低寿命区域层104，但不具有阳极ρ-层103。
[0135](阳极侧的低寿命区域层104的效果)
[0136]图15是对于实施例1 (实线)以及比较例I (虚线)、表示二极管的室温下的恢复特性的电流波形以及电压波形的图。参照图15，确认阳极侧的低寿命区域层104的效果。阳极侧的低寿命区域层104在实施例1中设置，而在比较例I中不设置。
[0137]图15所示的波形中，与比较例I比较，实施例1的恢复的峰值电流较小。这是因为，因阳极侧的低寿命区域层104，来自阳极ρ层的空穴注入量减少，而η-漂移层101中的阳极侧的载流子密度变少。与恢复的峰值电流减少相应地，IGBT的导通损耗减少。另外，恢复电流减少，恢复电流减少时的电流的时间变化率di/dt变小，从而与比较例I比较，实施例I的由di/dt和主电路电感所引起的电压的浪涌变小。并且，实施例1中，来自阳极ρ层的空穴注入量减少而η-漂移层101的中的阴极侧的载流子密度变高，从而当恢复时耗尽层延伸后，在η-漂移层101中的阴极侧剩余载流子数变多，而难以引起恢复时的振动。
[0138](阳极P-层103的效果)
[0139]图16是对于实施例1(实线)以及比较例2(虚线)、表示利用阳极侧的激光退火使P型杂质活性化的深度产生变动时的、150°c时的正向电压和导通损耗的图。
[0140]图17是对于实施例1(实线)以及比较例2(虚线)、表示利用阳极侧的激光退火使P型杂质活性化的深度产生变动时的、室温时的恢复时的浪涌电压的图。
[0141]实施例1中，在阳极P层102与低寿命区域层104之间，设有通过高能量的离子注入而形成的阳极P-层103。比较例2中，不存在阳极ρ-层103，阳极ρ层102与低寿命区域层104直接连接。
[0142]观察图16、图17可知，利用阳极侧的激光退火使P型杂质活性化的深度产生变动后的正向电压、导通损耗、浪涌电压在实施例1中基本不变化，相对于此，在比较例2中变化较大。在比较例2中变化较大是因为，若ρ型杂质活性化的深度变化，则残存于阳极的低寿命区域层104的缺陷量较大地变化。在实施例1中变化较小是因为，低寿命区域层104的缺陷密度成为峰值的深度比P型杂质活性化的深度深，即使P型杂质活性化的深度变化，残存于低寿命区域层104的缺陷量也不会较大地变化。即，与阳极的ρ型杂质活性化的深度相比，使通过P型杂质的离子注入而形成的缺陷的密度成为峰值的深度较深，从而能够抑制正向电压、导通损耗、浪涌电压的电气特性的偏差。
[0143](在阳极侧和阴极侧双方设置低寿命区域层的效果)
[0144]图18是对于实施例1 (实线)以及实施例2 (虚线)、表示室温时的恢复特性的电流波形以及电压波形的图。参照图18，确认如图12那样在阳极侧和阴极侧双方设置低寿命区域层的效果。实施例1中仅在阳极侧设有低寿命区域层104，实施例2在中阳极侧和阴极侧双方设有低寿命区域层。
[0145]根据图18所示的波形，恢复时的浪涌电压以及恢复的峰值电流在实施例1和实施例2中不变化。这是因为，阳极的构造相同，从而来自阳极的空穴注入量不变化。与实施例I相比，恢复的后半的拖尾电流在实施例2中减少。这是因为，对于设于阴极侧的低寿命区域层117而言，在恢复的后半减少残存于阴极侧的载流子。根据该拖尾电流的减少，实施例2中，与实施例1相比，恢复损耗减少。实施例1中为了减少拖尾电流，而减少恢复损耗，需要照射电子束而控制η-漂移层101全域的寿命。与此相对，实施例2中，不照射电子束，通过在阳极侧和阴极侧双方进行相同的激光退火，能够保持抑制了恢复时的浪涌电压的状态不变地减少恢复损耗。
[0146]符号的说明
[0147]I—二极管，10—电力变换装置，100—Si基板，101—η-漂移层，102—阳极ρ层，103—阳极ρ-层，104—低寿命区域层，105—HIRC构造的ρ型阱区域，106 — FLR构造的ρ型阱区域，107-η型阱区域，108—氧化膜，109—阳极电极，110—场极板电极，111 一阴极缓冲η层，112—阴极η层，113—阴极电极，114?116—保护层，117—低寿命区域层，200a?200f — IGBT，201a?201f—二极管，202—交流电源，203—整流电路，204—上臂驱动电路，205—下臂驱动电路，206—马达。
【主权项】
1.一种二极管，其特征在于，具备: 第一导电型的第一半导体层； 上述第一导电型的第二半导体层，其与上述第一半导体层邻接设置，与上述第一半导体层相比，第一导电型的杂质的浓度较高； 第二导电型的第三半导体层，其与上述第一半导体层邻接，设置在与设有上述第二半导体层的一侧相反的一侧； 第二导电型的第四半导体层，其与上述第三半导体层邻接，设置在上述第一半导体层与上述第三半导体层之间； 第一电极，其与上述第三半导体层欧姆连接；以及 第二电极，其与上述第二半导体层欧姆连接， 上述第四半导体层构成为，与上述第三半导体层相比，第二导电型的杂质的浓度较低，在上述第四半导体层中，形成有载流子浓度与上述第二导电型的杂质的浓度的比与其它的部分不同的层，上述第二导电型的杂质的浓度是利用二次离子质量分析法而求出的，上述载流子浓度是基于扩展电阻的测定而求出的。2.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于， 上述第四半导体层内，形成有载流子浓度相对于上述第二导电型的杂质的浓度的比与其它的部分不同的层，作为少数载流子的寿命相比上述第四半导体层的其它的部分较短的低寿命区域层。3.根据权利要求2所述的二极管，其特征在于， 上述第四半导体层由与上述第三半导体层邻接的低杂质层和与上述第一半导体层邻接的上述低寿命区域层形成， 上述低寿命区域层形成为，载流子浓度与上述第二导电型的杂质的浓度的比小于上述低杂质层。4.根据权利要求3所述的二极管，其特征在于， 上述低寿命区域层包括通过向上述第四半导体层注入第二导电型的杂质的离子而生成的缺陷。5.根据权利要求4所述的二极管，其特征在于， 上述第四半导体层形成为， 和从上述第三半导体层与上述第一电极接触的面观察的上述低寿命区域层与上述低杂质层的边界相比，从上述第三半导体层与上述第一电极接触的面观察的上述缺陷的密度成为最大的深度较深。6.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于， 上述低寿命区域层所含有的上述第二导电型的杂质的元素种类是硼。7.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于， 在上述第一半导体层与上述低寿命区域层之间，设有第二导电型的杂质浓度相比上述第三半导体层较低的第二导电型的第五半导体层。8.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于， 上述第三半导体层和上述第四半导体层在上述第一半导体基板的阳极侧表面形成为条纹图案状。9.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于， 在上述第一半导体层与上述第二半导体层之间设有第六半导体层，该第六半导体层含有与上述第二半导体层所含有的第一导电型的杂质同种的杂质，且与上述第一半导体层相比，少数载流子的寿命较短。10.一种电力变换装置，其特征在于，具备: 半导体开关元件；以及 权利要求1所述的二极管，其与上述半导体开关元件逆向并联连接。
【专利摘要】本发明的目的是提供能够以简便的方法制造、且恢复动作良好的二极管。本发明的二极管具备杂质的浓度较高的层和杂质的浓度较低的层，杂质的浓度较低的层还包括活性化率与其它的部分不同的层(参照图1)。
【IPC分类】H01L21/322, H01L29/78, H01L21/265, H01L27/04, H01L29/868, H01L29/861
【公开号】CN104904020
【申请号】CN201380069447
【发明人】石丸哲也, 森睦宏
【申请人】株式会社日立功率半导体
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月3日
【公告号】DE112013005426T5, US20150303268, WO2014112228A1