(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオードであって、
半導体基板を有しており、
前記半導体基板の一方の表面にアノード電極が形成されており、
前記半導体基板には、
前記一方の表面に露出しており、前記アノード電極と導通しているｐ型のアノード領域と、
前記アノード領域に接しているｎ型のカソード領域、
が形成されており、
前記一方の表面に前記アノード領域が露出している露出範囲内には、前記アノード電極と前記アノード領域が導通しているコンタクト領域と、前記アノード電極と前記アノード領域が導通していない非コンタクト領域が存在しており、
前記コンタクト領域の面積Ｓｃと前記非コンタクト領域の面積Ｓｎとの比率Ｓｃ／Ｓｎが、前記露出範囲の外周部よりも前記露出範囲の中央部で大きく、
順電圧印加時における前記カソード領域の電気抵抗が、前記外周部内で前記中央部内よりも小さい、
ことを特徴とするダイオード。
【請求項２】
前記露出範囲内に、互いから分離されている複数の絶縁膜が形成されており、
前記非コンタクト領域が、前記絶縁膜と前記アノード領域が接している領域である、
ことを特徴とする請求項１に記載のダイオード。
【請求項３】
前記絶縁膜が、前記アノード電極に覆われていないことを特徴とする請求項２に記載のダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、縦型のダイオードが開示されている。ダイオードに電流を流すと、ダイオードが発熱する。したがって、ダイオードを使用する際には、ダイオードの温度が定格温度（半導体基板が耐え得る最大温度）を超えないようにダイオードに流す電流を制限する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３２６９００号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電流容量が大きいダイオードに対するニーズが高まっている。したがって、本明細書では、従来よりも電流容量が大きいダイオードを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示するダイオードは、半導体基板を有する。半導体基板の一方の表面には、アノード電極が形成されている。半導体基板には、前記一方の表面に露出しており、アノード電極と導通しているｐ型のアノード領域と、アノード領域に接しているｎ型のカソード領域が形成されている。前記一方の表面にアノード領域が露出している露出範囲内に、アノード電極とアノード領域が導通しているコンタクト領域と、アノード電極とアノード領域が導通していない非コンタクト領域が存在している。コンタクト領域の面積Ｓｃと非コンタクト領域の面積Ｓｎとの比率Ｓｃ／Ｓｎが、露出範囲の外周部よりも露出範囲の中央部で大きい。順電圧印加時における前記カソード領域の電気抵抗が、前記外周部内で前記中央部内よりも小さい。
なお、前記露出範囲内に、互いから分離されている複数の絶縁膜が形成されていてもよい。前記非コンタクト領域が、前記絶縁膜と前記アノード領域が接している領域であってもよい。
【０００６】
なお、本明細書において「半導体基板の表面に露出している」とは、半導体基板の表面に形成されている半導体以外の部分（電極や絶縁層等）を無視したときに対象の領域が半導体基板の表面に露出していることを意味する。したがって、対象の領域が電極や絶縁層に覆われている場合でも、「半導体基板の表面に露出している」に該当する。
【０００７】
このダイオードでは、アノード領域が半導体基板の表面に露出している露出範囲内において、その外周部よりもその中央部で比率Ｓｃ／Ｓｎが大きい。すなわち、外周部では非コンタクト領域の比率が大きい。このため、外周部では、非コンタクト領域によってアノード領域からアノード電極への電子の流れが阻害され、外周部近傍のカソード領域の電子濃度が上昇する。すると、これに応じて外周部近傍のカソード領域のホール濃度が上昇する。これによって、外周部において伝導度変調現象が顕著に生じ、外周部の電流密度が高くなる。外周部は中央部よりも放熱が生じ易いので、中央部よりも温度が上昇し難い。したがって、外周部の電流密度が高くても、外周部の温度上昇は抑制される。また、外周部の電流密度が高くなることによって、このダイオードでは、中央部の温度が定格温度に達したときに、外周部に流れる電流が従来よりも大きくなる。したがって、このダイオードは、電流容量が大きい。
【０００８】
上述したダイオードは、非コンタクト領域内の半導体基板の表面に絶縁膜が形成されていることが好ましい。また、前記絶縁膜が、アノード電極に覆われていなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ダイオード１０の縦断面図（図２のＩ−Ｉ線における断面図）。
【図２】ダイオード１０の平面図。
【図３】変形例１のダイオードの図１に対応する縦断面図。
【図４】変形例２のダイオードの図２に対応する平面図。
【図５】変形例３のダイオードの図２に対応する平面図。
【図６】変形例４のダイオードの図２に対応する平面図。
【図７】変形例５のダイオードの図２に対応する平面図。
【図８】変形例６のダイオードの図２に対応する平面図。
【図９】変形例７のダイオードの図２に対応する平面図。
【図１０】変形例８のダイオードの図２に対応する平面図。
【図１１】変形例９のダイオードの図１に対応する縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本実施形態に係るダイオード１０の縦断面図を示しており、図２は、ダイオード１０の平面図を示している。なお、図２は、後述するアノード領域２０、絶縁膜５０及びガードリング４０の間の位置関係を示すために、後述するアノード電極８０、絶縁膜６０及びガードリング電極６２の図示を省略している。また、図２では、図の見易さを考慮して、絶縁膜５０とガードリング４０をハッチングにより示している。図示するように、ダイオード１０は、半導体基板１２を備えている。半導体基板１２の内部には、ｐ型のアノード領域２０とｎ型のカソード領域３０が形成されている。アノード領域２０は、半導体基板１２の略中央であって、半導体基板１２の上面１４に露出する範囲に形成されている。アノード領域２０は、高濃度にｐ型不純物を含有するｐ型領域である。カソード領域３０は、ドリフト領域３２と高濃度カソード領域３４を備えている。ドリフト領域３２は、アノード領域２０の下方及び側方に形成されている。ドリフト領域３２は、低濃度にｎ型不純物を含有するｎ型領域である。高濃度カソード領域３４は、ドリフト領域３２の下方に形成されている。高濃度カソード領域３４は、半導体基板１２の下面１６に露出する範囲に形成されている。高濃度カソード領域３４は、高濃度にｎ型不純物を含有するｎ型領域である。また、アノード領域２０の側方には、３つのガードリング４０が形成されている。ガードリング４０は、ｐ型領域である。各ガードリング４０は、半導体基板１２の上面１４に露出するように形成されている。図２に示すように、各ガードリング４０は、アノード領域２０の周囲を一巡する様に形成されている。ガードリング４０は、ドリフト領域３２によって互いに分離されている。また、ガードリング４０は、ドリフト領域３２によってアノード領域２０から分離されている。
【００１１】
アクティブ領域１００は、アノード領域２０が半導体基板１２の上面１４に露出している露出領域である。通電時には、アクティブ領域１００内の半導体基板１２に主に電流が流れる。アクティブ領域１００の外側の外周領域１１０内の半導体基板１２には、通電時にほとんど電流が流れない。
【００１２】
半導体基板１２の上面１４のうちの、アクティブ領域１００の外周部１００ａには、複数の絶縁膜５０が形成されている。各絶縁膜５０は、互いに分離されている。また、各絶縁膜５０は、外周領域１１０内の絶縁膜６０から分離されている。半導体基板１２の上面１４には、アクティブ領域１００全体に亘ってアノード電極８０が形成されている。アノード電極８０は、各絶縁膜５０を覆っている。アノード電極８０とアノード領域２０とが接している領域は、アノード電極８０がアノード領域２０に対してオーミック接続されているコンタクト領域である。絶縁膜５０が形成されている領域は、非コンタクト領域である。アクティブ領域１００の中央部１００ｂには、絶縁膜５０（すなわち、非コンタクト領域）が形成されていない。
【００１３】
半導体基板１２の上面１４のうちの、外周領域１１０には、絶縁膜６０が形成されている。絶縁膜６０は、ガードリング４０の上部を除く領域を覆うように形成されている。ガードリング４０の上部には、ガードリング電極６２が形成されている。
【００１４】
半導体基板１２の下面１６には、カソード電極８２が形成されている。カソード電極８２は、高濃度カソード領域３４に対してオーミック接続されている。
【００１５】
次に、ダイオード１０の動作について説明する。アノード電極８０とカソード電極８２の間にアノード電極８０がプラスとなる電圧を印加すると、電子が、カソード電極８２から、高濃度カソード領域３４、ドリフト領域３２、及び、アノード領域２０を通って、アノード電極８０へ流れる。また、ホールが、アノード電極８０から、アノード領域２０、ドリフト領域３２、及び、高濃度カソード領域３４を通って、カソード電極８２へ流れる。このため、電流が、アノード電極８０からカソード電極８２へ流れる。ドリフト領域３２は、電子とホールが多量に存在する状態となる。このため、伝導度変調現象によってドリフト領域３２の電気抵抗が小さくなる。このため、ドリフト領域３２で生じる損失が抑制され、電流が低損失でダイオード１０を流れることができる。
【００１６】
上述したように、アクティブ領域１００の外周部１００ａには、絶縁膜５０が形成されている。このため、外周部１００ａでは、電子がアノード領域２０からアノード電極８０へ流れることが阻害される。これにより、絶縁膜５０近傍のドリフト領域３２内の電子濃度が高くなる。すると、中性条件を満たすようにアノード領域２０から外周部１００ａ内のドリフト領域３２にホールが流入し、外周部１００ａ内のドリフト領域３２内のホール濃度が高くなる。このため、外周部１００ａ内のドリフト領域３２の電気抵抗がより低くなる。一方、中央部１００ｂには絶縁膜５０が形成されていないので、中央部１００ｂ内のドリフト領域３２ではこのような効果は得られない。すなわち、外周部１００ａ内のドリフト領域３２の電気抵抗は、中央部１００ｂ内のドリフト領域３２の電気抵抗よりも小さくなる。したがって、外周部１００ａでは、中央部１００ｂよりも電流密度が高くなる。
【００１７】
以上に説明したように、実施形態のダイオード１０では、アクティブ領域１００の外周部１００ａに絶縁膜５０が形成されており、アクティブ領域１００の中央部１００ｂに絶縁膜５０が形成されていない。すなわち、コンタクト領域の面積Ｓｃと非コンタクト領域の面積Ｓｎとの比率Ｓｃ／Ｓｎが、外周部１００ａよりも中央部１００ｂで大きい。このため、外周部１００ａ内の電流密度が、中央部１００ｂ内の電流密度よりも高くなる。外周部１００ａは、通電時に中央部１００ｂよりも温度上昇し難いので、外周部１００ａの電流密度が高くても温度の問題は生じない。また、このように中央部１００ｂよりも外周部１００ａの電流密度を高くすることで、電流容量を従来よりも増大させることができる。例えば、アクティブ領域の中央部が定格温度にあるときのダイオードの動作を実施形態のダイオードと従来のダイオードとで比較すると、中央部を流れる電流は何れのダイオードでも略等しいが、外周部を流れる電流は実施形態のダイオードの方が従来のダイオードよりも大きくなる。したがって、ダイオード全体に流すことができる電流は、実施形態のダイオードの方が従来のダイオードよりも大きくなる。
【００１８】
なお、上述した実施形態では、絶縁膜５０がアノード電極８０に覆われていたが、図３に示すように絶縁膜５０がアノード電極８０に覆われていなくてもよい。
【００１９】
また、上述した実施形態では、外周部１００ａ内に長方形の絶縁膜５０が形成されていたが、図４に示すように円形の絶縁膜５０が形成されていてもよい。このように、より細かい絶縁膜５０を多数形成することで、アクティブ領域１００の外周部１００ａにおける電流密度の偏りを抑制することができる。また、図５に示すように長いストライプ状の絶縁膜５０が形成されていてもよい。また、また、図６に示すように、アクティブ領域１００の角部にのみ絶縁膜５０が形成されていてもよい。
【００２０】
また、上述した実施形態では、中央部１００ｂ内に絶縁膜５０が形成されていなかったが、図７に示すように、中央部１００ｂ内に絶縁膜５０が形成されていてもよい。この場合にも、コンタクト領域の面積Ｓｃと非コンタクト領域の面積Ｓｎとの比率Ｓｃ／Ｓｎが、外周部１００ａよりも中央部１００ｂで大きければ、実施形態のダイオード１０と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
また、上述した実施形態では、アクティブ領域１００が略正方形であったが、図８に示すようにアクティブ領域１００が長方形であってもよい。また、図９に示すように、半導体基板１２内においてアクティブ領域１００が偏った位置に形成されていてもよい。この場合、ガードリング４０の外側の領域は、無効領域であってもよいし、半導体素子が形成されている領域であってもよい。
【００２２】
また、ダイオードに印加される電圧が順電圧から逆電圧に切り換えられると、順電圧印加時にドリフト領域内に存在していたキャリアが各電極に排出される。このため、その切り換えのタイミングにおいて、ダイオードに瞬間的に逆電流が流れる。この逆電流は、アクティブ領域の角部に集中し易い。また、逆電流は、順電圧印加時に電流密度が高い領域ほど流れ易い。したがって、図１０に示すように、アクティブ領域１００の角部を避けて絶縁膜５０を形成してもよい。すなわち、アクティブ領域１００の角部における比率Ｓｃ／Ｓｎを、その角部以外の外周部１００ａにおける比率Ｓｃ／Ｓｎより大きくしてもよい。このように、アクティブ領域１００の角部を避けて絶縁膜５０を形成すると、順電圧印加時における角部の電流密度が低くなる。このため、逆電圧印加時に角部に逆電流が流れ難くなる。これによって、角部に極端に大きい逆電流が流れることが抑制される。
【００２３】
また、上述した実施形態では、アノード領域２０の周囲にガードリング４０が形成されていたが、図１１に示すように、リサーフ領域２２が形成されていてもよい。なお、半導体基板１２の上面１４に露出しているｐ型領域のうち、アノード電極８０にオーミック接続されている領域（アノード電極８０に対してオーミック接続される濃度のｐ型不純物を有する領域）がアノード領域２０であるので、リサーフ領域２２が形成されている領域は外周領域１１０内に存在する。
【００２４】
また、アクティブ領域の中央部と外周部の境界は任意に定めることができるが、半導体基板内の温度に基づいて定めてもよい。例えば、アクティブ領域の表面温度分布を測定し、その中の最高温度と最低温度の中間値よりも高い温度の領域を中央部としてもよい。また、アクティブ領域の寸法に基づいて、中央部を定めてもよい。例えば、アクティブ領域の端部よりもアクティブ領域の中心に近い位置を中央部としてもよい。
【００２５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２６】
１０：ダイオード
１２：半導体基板
１４：上面
１６：下面
２０：アノード領域
２２：リサーフ領域
３０：カソード領域
３２：ドリフト領域
３４：高濃度カソード領域
４０：ガードリング
５０：絶縁膜
６０：絶縁膜
６２：ガードリング電極
８０：アノード電極
８２：カソード電極
１００：アクティブ領域
１００ａ：外周部
１００ｂ：中央部
１１０：外周領域
【図１】
0005729177.tif 000002
【図２】
0005729177.tif 000003
【図３】
0005729177.tif 000004
【図４】
0005729177.tif 000005
【図５】
0005729177.tif 000006
【図６】
0005729177.tif 000007
【図７】
0005729177.tif 000008
【図８】
0005729177.tif 000009
【図９】
0005729177.tif 000010
【図１０】
0005729177.tif 000011
【図１１】
0005729177.tif 000012