(57)【要約】【課題】逆回復電流を抑制するのと、ダイナミックアバランシェ現象を抑制して耐圧を向上するのを同時に達成するダイオードを提供する。【解決手段】アノード領域２と中間領域３とカソード領域４を備えており、中間領域３は空乏領域が伸びる範囲Ｋ３よりも厚く、空乏領域が形成されない領域内に結晶欠陥領域Ｍが形成されている。空乏領域は、結晶欠陥領域Ｍが形成されていない中間領域３を伸び、耐圧を確保するのに必要な空乏領域の厚みが確保される。正孔と電子は、空乏領域が形成されない領域内に形成されている結晶欠陥領域Ｍで再結合するために、逆回復電流も抑えられる。【選択図】図４
2007242765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型不純物を高濃度に含むアノード領域と、第２導電型不純物を低濃度に含む中間領域と、第２導電型不純物を高濃度に含むカソード領域がその順序で隣接しているダイオードであり、
中間領域は、アノード領域とカソード領域の間に逆方向の定格電圧が印加された時にアノード領域と中間領域の界面から伸びる空乏領域の厚みよりも厚く形成されており、
中間領域内の前記空乏領域が伸びない領域内に、第１結晶欠陥領域が形成されていることを特徴とするダイオード。
【請求項２】
請求項１に記載のダイオードであって、
中間領域内の前記空乏領域が伸びる領域内に、結晶欠陥領域が形成されていないことを特徴とするダイオード。
【請求項３】
請求項２に記載のダイオードであって、
中間領域内の前記空乏領域が伸びない領域のほぼ全域に、第１結晶欠陥領域が形成されていることを特徴とするダイオード。
【請求項４】
請求項１に記載のダイオードであって、
アノード領域と中間領域の界面付近に、第２結晶欠陥領域が形成されており、
第２結晶欠陥領域の結晶欠陥量が許容欠陥量以下であることを特徴とするダイオード。
【請求項５】
請求項４に記載のダイオードであって、
第２結晶欠陥領域の結晶欠陥量が、第１結晶欠陥領域の結晶欠陥量以下であることを特徴とするダイオード。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のダイオードであって、
第１結晶欠陥領域と第２結晶欠陥領域との間に、結晶欠陥領域が形成されていないことを特徴とするダイオード。
【請求項７】
第１導電型不純物を高濃度に含むアノード領域と、第２導電型不純物を低濃度に含む中間領域と、第２導電型不純物を高濃度に含むカソード領域がその順序で隣接しているダイオードの製造方法であり、
カソード領域側から中間領域に向けてイオンを注入する工程を備えており、
その注入エネルギーが、イオンがカソード領域を通過して中間領域に進入するエネルギーよりも大きく、アノード領域とカソード領域の間に逆方向の定格電圧が印加された時にアノード領域と中間領域の界面から伸びる空乏領域にイオンが進入するエネルギーよりも小さく設定されていることを特徴とする製造方法。
【請求項８】
第１導電型不純物を高濃度に含むアノード領域と、第２導電型不純物を低濃度に含む中間領域と、第２導電型不純物を高濃度に含むカソード領域がその順序で隣接しているダイオードの逆回復電流を抑制する方法であり、
中間領域を、アノード領域とカソード領域の間に逆方向の定格電圧が印加された時にアノード領域と中間領域の界面から伸びる空乏領域の厚みよりも厚く形成しておき、
中間領域内の前記空乏領域が伸びない領域に結晶欠陥領域を形成しておき、
アノード領域とカソード領域の間に印加される電圧が逆方向に反転した時に、アノード領域と中間領域の界面から中間領域内に空乏領域を伸ばし、
空乏領域が達しない領域内に形成されている結晶欠陥領域で第１導電型キャリアと第２導電型キャリアを再結合させることを特徴とする逆回復電流の抑制方法。
【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。特に、ＰＩＮダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＩＮダイオードは、第１導電型不純物を高濃度に含むアノード領域と、第２導電型不純物を低濃度に含む中間領域と、第２導電型不純物を高濃度に含むカソード領域がその順序で隣接している構造を備えている。
アノード領域とカソード領域の間に印加されている電圧が逆方向に反転すると、アノード領域と中間領域の界面からアノード領域と中間領域に向けて空乏領域が伸び、その空乏領域によって逆方向の電流が流れるのを禁止する。
アノード領域とカソード領域の間に印加されている電圧が逆方向に反転した直後には、順方向電圧が印加されていた間に中間領域に蓄積されていたキャリア（電子と正孔）がアノード電極とカソード電極に排出されるために、アノード電極とカソード電極の間を逆方向に電流が流れる（逆回復電流と呼ばれる）。中間領域に蓄積されていたキャリア（電子と正孔）が排出されるのに応じて中間領域を空乏領域が伸びていく。
【０００３】
逆回復電流を抑制するためには、順方向電圧が印加されている間に中間領域に蓄積される正孔の数を抑制しておくのが有効である。
そこで、特許文献１の技術が開発されている。図１（ａ）に示すように、特許文献１のダイオードでは、アノード電極１０１と、第１導電型不純物（この場合はｐ型不純物）を高濃度に含むアノード領域１０２と、第２導電型不純物（この場合はｎ型不純物）を低濃度に含む中間領域１０３と、第２導電型不純物を高濃度に含むカソード領域１０４と、カソード電極１０５が、その順序で隣接している。図１（ｂ）に示すように、特許文献１のダイオードでは、アノード領域１０２と中間領域１０３の界面の主として中間領域１０３側に、結晶欠陥を高密度に含む結晶欠陥領域が形成されている。
アノード領域１０２と中間領域１０３の界面近傍の中間領域１０３に結晶欠陥領域を形成しておくと、順方向電圧が印加されている間に中間領域１０３に蓄積される正孔の数を抑制することができ、逆回復電流を抑制することができる。
【０００４】
特許文献１のダイオードでは、中間領域１０３とカソード領域１０４の界面近傍に、第２の結晶欠陥領域を形成している。その結晶欠陥密度は、アノード領域１０２と中間領域１０３の界面近傍に形成されている結晶欠陥領域の結晶欠陥密度よりも低い。なお、特許文献１のダイオードでは、中間領域１０３の厚みについて解析しておらず、逆バイアス電圧が印加された時にアノード領域１０２と中間領域１０３の界面から中間領域１０３に向けて伸びる空乏領域の厚みと中間領域１０３の厚みの関係が不明である。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１０３５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ダイオードが利用されている電気回路の電源電圧は高くなっており、アノード領域とカソード領域の間に逆方向に印加される電圧も高くなっている。従来のダイオードを逆方向に高電圧が印加される環境で用いると、ダイナミックアバランシェ現象が発生しやすいことが判明した。
図２は、従来のダイオードに印加される電圧が逆方向に反転した場合の電極間電圧Ｖakと逆回復電流Ｉfの変化を示すグラフである。図２（ａ）は、逆バイアス電圧が低い場合を示しており、電圧Ｖakと逆回復電流Ｉfの波形からダイオードが正常に作動していることが分かる。図２（ｂ）は、逆バイアス電圧が上昇した場合を示している。鎖線で囲む部分に示されるように、逆回復電流Ｉfはスムースに収束せず、途中で増大していることがわかる。図２（ｃ）は、逆バイアス電圧が更に上昇した場合を示している。鎖線で囲む部分に示されるように、逆回復電流Ｉfが発振してしまう。このような現象が生じると、ダイオードが破壊されやすい。従来のダイオードでは、使用される逆バイアス電圧の範囲内でも、図２の（ｂ）又は（ｃ）の示す現象が生じてしまう。
【０００７】
この原因を研究した結果、従来のダイオードでは、ダイオードに印加される電圧が逆方向に反転した場合に、アノード領域と中間領域の界面から中間領域に向けて伸びるはずの空乏領域が十分に伸びないことが原因であることが判明した。空乏領域が伸びる速度が遅いかあるいは十分な厚みだけ伸びないために、薄い空乏領域で大きな逆バイアス電圧を保持する必要があり、これのために空乏領域に生じる電界強度が半導体材料の最大電界強度を超えてしまうことが判明した。空乏領域に生じる電界強度が半導体材料の最大電界強度を超えてしまうために、ダイナミックアバランシェ現象が生じ、それによって逆回復電流が不規則に増大することが判明した。
【０００８】
従来のダイオードでは、アノード領域と中間領域の界面の近傍に結晶欠陥を作ることによって、順方向電圧の印加時に正孔を再結合させ、順方向電圧が印加されている間に中間領域に蓄積される正孔の数を抑制する。
図３は、エネルギー準位を示している。Ａは伝導帯であり、Ｃは価電子帯である。Ｄは再結合準位である。結晶欠陥領域を形成すると、再結合準位Ｄの他に、ドナー準位Ｅまで形成されてしまう。ドナー準位Ｅは、結晶欠陥領域のみならず、結晶欠陥領域を作成するために照射したイオンが通過した領域にも形成されてしまう。ドナー準位Ｅは価電子帯Ｃの準位に近く、正孔をトラップしやすい。正孔がドナー準位Ｅにトラップされると、正孔の移動度は著しく低下する。
【０００９】
本発明者らの研究によって、このドナー準位が、ダイオードに印加される電圧が逆方向に反転した場合に、アノード領域と中間領域の界面から中間領域に向けて伸びるはずの空乏領域が十分に伸びない原因であることが判明した。電圧が逆方向に反転した場合に排出されるべき正孔がドナー準位によってトラップされてしまっているために、空乏領域の伸びる速度が遅く、しかも空乏領域が十分に伸びないことがわかってきた。
空乏領域の伸びる速度が遅いか、あるいは空乏領域が十分に伸びないために、逆バイアス電圧が上昇すると空乏領域に生じる電界強度が半導体材料の最大電界強度を超えてしまうことが判明した。空乏領域に生じる電界強度が半導体材料の最大電界強度を超えてしまうためにダイナミックアバランシェ現象が生じることが判明した。
【００１０】
ダイオードに印加されている電圧が逆方向に反転した直後には、順方向電圧が印加されていた間に中間領域に蓄積されていた電子と正孔が排出されるために、逆回復電流が流れる。逆回復電流を抑制するためには、電子と正孔を再結合を促進するのが有利である。再結合を促進するためには、結晶欠陥を作成しておくのが有利である。しかしながら、不用意に結晶欠陥領域を形成すると、それに伴って生じるドナー準位が空乏領域が伸びるのに不利な影響を与え、耐圧を低下させてしまう。
【００１１】
本発明は、上記の矛盾を解決するものであり、空乏領域が伸びるのにドナー準位が不利な影響を与えることを抑制することによって耐圧を向上するのと同時に、電子と正孔の再結合を促進して逆回復電流を抑制する技術を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のダイオードは、第１導電型不純物を高濃度に含むアノード領域と、第２導電型不純物を低濃度に含む中間領域と、第２導電型不純物を高濃度に含むカソード領域を備えており、アノード領域と中間領域とソード領域はその順序で隣接している。
本発明のダイオードでは、中間領域が、アノード領域とカソード領域の間に逆方向の定格電圧が印加された時にアノード領域と中間領域の界面から伸びる空乏領域の厚みよりも厚く形成されており、しかも中間領域内の前記空乏領域が伸びない領域内に、第１結晶欠陥領域が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
上記のダイオードでは、中間領域内に結晶欠陥領域が形成されていることから、電子と正孔の再結合を促進して逆回復電流を抑制することができる。しかも、その結晶欠陥領域は、ダイオードに逆方向の定格電圧が印加された時にアノード領域と中間領域の界面から中間領域に伸びる空乏領域が達しない領域に形成されているから、結晶欠陥領域の存在が空乏領域が伸びるのに悪影響を与えることもない。
【００１４】
空乏領域が伸びるのに悪影響を与えないようにするためには、空乏領域が伸びる領域内に結晶欠陥領域が存在しないことが好ましい。即ち、高い耐圧を得るためには、空乏領域が伸びる中間領域内に、結晶欠陥領域が形成されていないことが好ましい。
この場合、空乏領域が高速かつ長く伸びることから、広い空乏領域で電圧を保持することができ、電界が局所に集中する現象の発生を押さえることができ、ダイナミックアバランシェ現象の発生を抑制することができる。
しかしながら、耐圧に余裕がある場合には、空乏領域が伸びる領域内に結晶欠陥領域があってもよい。空乏領域が伸びる領域内に結晶欠陥領域が存在していても、結晶欠陥の個数を抑制することによって、必要な耐圧を確保できる場合があるからである。空乏領域が伸びる領域内に結晶欠陥領域が付加されていると、逆回復電流を抑えることができる。耐圧と逆回復電流の要求仕様の範囲内で、空乏領域が伸びる領域内に結晶欠陥領域を付加してもよい。
【００１５】
中間領域のうち、空乏領域が伸びない領域のほぼ全域に第１結晶欠陥領域が形成されていることが好ましい。
この場合、第１結晶欠陥領域の欠陥密度を抑えることができ、カソード領域を与えるダメージを抑制することができる。
【００１６】
前記したように、耐圧に余裕がある場合には、空乏領域が伸びる領域内に結晶欠陥領域を付加することによって、逆回復電流を抑えるようにしてもよい。空乏領域が伸びる領域内に形成する結晶欠陥の個数を耐圧の余裕度の範囲内に抑制することによって、必要な耐圧を確保することができるからである。
耐圧に余裕がある場合には、アノード領域と中間領域の界面付近に、第２結晶欠陥領域を形成することができる。第２結晶欠陥領域の結晶欠陥量が許容欠陥量以下であれば、必要な耐圧を確保することができる。
【００１７】
前記の許容欠陥量は必要とされる耐圧によって決まるものであるが、一つの目安は、第２結晶欠陥領域の結晶欠陥量が第１結晶欠陥領域の結晶欠陥量以下であることである。
この場合、第２結晶欠陥領域の存在が空乏領域の成長に悪影響を及ぼす程度を許容範囲内に押さえながら、第２結晶欠陥領域によって順方向電圧の印加時に中間領域に蓄積される正孔の数を抑制することができる。
【００１８】
第１結晶欠陥領域と第２結晶欠陥領域との間に、結晶欠陥領域が形成されていないことが好ましい。
この場合、順方向電圧の印加時に中間領域に蓄積される正孔の数を抑制するのに必要な第２結晶欠陥領域を通過すると、空乏領域は迅速かつ広い範囲に伸び、高い耐圧を実現することができる。
【００１９】
本発明はまた、新規で有用な製造方法を提供する。この製造方法は、第１導電型不純物を高濃度に含むアノード領域と、第２導電型不純物を低濃度に含む中間領域と、第２導電型不純物を高濃度に含むカソード領域がその順序で隣接しているダイオードを製造する方法であり、カソード領域側から中間領域に向けてイオンを注入する工程を備えている。本発明の製造法では、その注入エネルギーが、イオンがカソード領域を通過して中間領域に進入するエネルギーよりも大きく、アノード領域とカソード領域の間に逆方向の定格電圧が印加された時にアノード領域と中間領域の界面から伸びる空乏領域にイオンが進入するエネルギーよりも小さく設定されていることを特徴とする。
本方法によると、空乏領域が伸びない中間領域内に結晶欠陥領域が形成されているダイオードを製造することができ、耐圧特性と逆回復特性に優れたダイオードを製造することができる。
【００２０】
本発明はまた、ダイナミックアブランシェ現象の発生を抑制してダイオードの逆回復電流特性を向上する方法をも提供する。
その方法では、中間領域を、アノード領域とカソード領域の間に逆方向の定格電圧が印加された時にアノード領域と中間領域の界面から中間領域に伸びる空乏領域の厚みよりも厚く形成しておく。また、中間領域内の空乏領域が伸びない領域に結晶欠陥領域を形成しておく。こうしておくと、アノード領域とカソード領域の間に印加される電圧が逆方向に反転した時に、アノード領域と中間領域の界面から中間領域内に空乏領域が伸び、空乏領域が達しない領域内に形成されている結晶欠陥領域で第１導電型キャリアと第２導電型キャリアを再結合させる現象が得られる。
この方法によって、逆回復電流を抑制するのと耐圧を向上させるのを同時に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
下記に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（形態１）第１導電型はｐ型であり、第２導電型はｎ型である。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
実施例１のダイオードを図４乃至図８を参照して説明する。図４（ａ）は実施例１のダイオードを示す模式断面図である。実施例１のダイオードは、アノード電極１と、ｐ型不純物を高濃度に含むアノード領域２と、ｎ型不純物を低濃度に含む中間領域３と、ｎ型不純物を高濃度に含むカソード領域４と、カソード電極５が、その順序で隣接している。アノード電極１とカソード電極５は、例えばアルミで形成されている。図４（ｂ）は、実施例１のダイオードの結晶欠陥密度の分布を示すグラフである。ここで横軸は図４（ａ）と対応している位置を示し、縦軸は結晶欠陥量の密度ρを示す。図４（ｂ）に示すように、実施例１のダイオードでは、中間領域３とカソード領域４の界面の中間領域３側に、結晶欠陥を高密度に含む結晶欠陥領域Ｍが形成されている。結晶欠陥領域Ｍは、アノード領域２とカソード領域４の間に逆方向の定格電圧が印加された時に、空乏領域が形成されない領域Ｈのほぼ全域に形成されている。
アノード領域２は、その表面近傍でのｐ型不純物の濃度が、例えば１０１８／ｃｍ３程度になるように形成されている。また、カソード領域４は、その表面近傍でのｎ型不純物の濃度が、例えば１０２０／ｃｍ３程度であり、表面から離れるにしたがって不純物濃度が徐々に低下していくように形成されている。さらに、中間領域３には、ｎ型の不純物が低濃度に注入されている。実施例１のダイオードは、ｎ−型のＰＩＮダイオードである。勿論、ｐ−型のＰＩＮダイオードを採用してもよい。
【００２３】
実施例１のダイオードのアノード領域２とカソード領域４の間に逆方向の定格電圧が印加されると、アノード領域２と中間領域３の界面から、アノード領域２と中間領域３の両方に向かって空乏領域が伸びていく。図４（ａ）に示す領域Ｋは、アノード電極１とカソード電極５の間に逆方向の定格電圧が印加されたときに、最終的に形成される空乏領域の範囲を示している。中間領域３の厚みは、アノード領域２と中間領域３の界面から中間領域３に向けて伸びる空乏領域の厚みＫ３よりも厚く、中間領域３のカソード領域４側には空乏領域が形成されない領域Ｈが残されている。前記した結晶欠陥領域Ｍは、中間領域３の空乏領域が形成されない領域Ｈ内に形成されている。正確にいうと、結晶欠陥領域Ｍは、空乏領域が形成されない領域Ｈのほぼ全域に形成されている。
【００２４】
空乏領域が伸びる厚みＫ３は、正確には数値シミュレーションにより計算することができる。近似的には、空乏領域が伸びる厚みＫ３を、以下の式（１）で計算することができる。
Ｋ３=√（２×ε０×εＳｉ×Ｖｃｃ／（ｑ×Ｎｄ））・・・・式（１）
上記において、ε０は真空中の誘電率であり、εＳｉはシリコンの比誘電率であり、Ｎｄは空乏領域が伸びる半導体領域の不純物濃度であり、ｑは電荷素量であり、Ｖｃｃは印加電圧である。
【００２５】
ＰＩＮダイオードは、不純物濃度の分布によって空乏領域がカソード領域４に届かないノンパンチスルー型と、空乏領域がカソード領域４に届くパンチスルー型に大別される。
図５は、ノンパンチスルー型のダイオードの特性を示しており、図５（ａ）は、不純物濃度分布を示すグラフであって、Ｘ軸が位置を示し、Ｙ軸が不純物の濃度を示す。図５（ｂ）のＸ軸は、ｐｎ界面から空乏領域が伸びる距離Ｋ３を示し、Ｙ軸が空乏領域に生じる電界強度を示す。空乏領域に生じる電界強度は、電源電圧Ｖｃｃに依存して変化するのと同時に、空乏領域が伸びる距離Ｋ３に依存して変化することがわかる。電界強度は、電源電圧が高いほど高く、空乏領域が伸びる距離Ｋ３が短いほど高くなる。図５（ｃ）のＸ軸も、空乏領域が伸びる距離Ｋ３を示し、Ｙ軸は空乏領域に生じる電界強度を示す。空乏領域に生じる電界強度は、不純物濃度に依存して変化するのと同時に、空乏領域が伸びる距離Ｋ３に依存して変化することがわかる。電界強度は、空乏領域が伸びる距離Ｋ３が短いほど高くなる。
図６は、パンチスルー型の場合を示す図である。図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）は、それぞれ図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）に対応する図である。
【００２６】
実施例１のダイオードによれば、逆方向の電圧が印加されたときに形成される空乏領域Ｋ内に、意図的な結晶欠陥領域が形成されないために、空乏領域となるべき領域に深いドナー準位は形成されない。従って、空乏領域となるべき領域に正孔がトラップされてしまう現象が抑制され、ダイオードに逆方向の電圧が印加されれば、空乏領域が高速に長く伸びる。印加電圧の反転時に、空乏領域が伸びることを妨害する要素がない。広く広がる空乏層の全体で電圧を保持すればよいことから、局所的な電界集中を緩和することができる。局所的な電界集中によってダイナミックアバランシェ現象が発生し、耐圧性を低下させることがない。
実施例１のダイオードでは、空乏領域とならない領域に結晶欠陥領域Ｍが設けられており、逆回復時に正孔と電子の再結合が促進される。このために、逆回復電流の大きさを押さえ、逆回復電流が流れなくなるまでの時間を短くすることができる。
実施例１のダイオードによると、ダイナミックアバランシェ現象を抑制することによって耐圧を確保しながら、逆回復電流を抑えることができる。
なお本技術で「結晶欠陥領域が形成されていない」という場合、結晶欠陥領域を意図的に形成するための処理が実施されていないことをいう。半導体に不可避的に存在する結晶欠陥が存在しても、結晶欠陥領域を形成するための処理が実施されていなければ、「結晶欠陥領域が形成されていない」に相当する。
【００２７】
以下、実施例１のダイオードの評価結果を説明する。本発明の実施例１のダイオードを評価するために、ＩＳＥ社のＤｅｓｓｉｓを利用して逆回復時の電流Ｉf及び電界強度Ｅのシミュレーションを行った。図７は、実施例１のダイオードの逆回復電流Ｉfのグラフである。図７（ａ）は、従来のダイオードの逆回復電流Ｉfの波形を示すグラフあり、図７（ｂ）は実施例１のダイオードの逆回復電流Ｉfの波形を示すグラフである。図７に示すように、同じ逆バイアス電圧に対して、従来のダイオードではダイナミックアバランシェ現象を起こったが、実施例１のダイオードではダイナミックアバランシェ現象を起こらなかった。
図８は、空乏領域に印加される電界強度Ｅのグラフである。ここで、図８（ａ）は、従来のダイオードに生じる電界強度Ｅを示すグラフあり、図８（ｂ）は、実施例１のダイオードに生じる電界強度Ｅを示すグラフである。横軸は、その下に図示されているダイオードの模式図に対応する位置を示し、縦軸は電界強度Ｅを示している。図８に示すように、同じ逆電源電圧に対して、実施例１のダイオードは、従来のダイオードと比べて、アノード領域２と中間領域３の界面付近に生じる最大電界強度が小さいと共に、電界強度グラフの傾きも緩和されている。すなわち、実施例１のダイオードは、その空乏領域を長く伸ばすことによって電界集中を緩和できることが証明された。
【００２８】
実施例１のダイオードでは、中間領域３とカソード領域４の界面の中間領域３側に、結晶欠陥を高密度に含む結晶欠陥領域Ｍが形成されている。次の結晶欠陥領域Ｍの製造方法を説明する。本実施例では、カソード電極５とカソード領域４の側から中間領域３にイオンを注入することによって結晶欠陥領域Ｍを形成している。イオンの注入エネルギーは、イオンがカソード電極５とカソード領域４を通過して中間領域３に進入するエネルギーよりも大きく、アノード電極１とカソード電極５の間に逆方向の定格電圧が印加された時にアノード領域２と中間領域３の界面から伸びる空乏領域（図４のＫ３の範囲）にイオンが進入するエネルギーよりも小さく設定されている。イオンの注入量は、正孔と電子の再結合を促進するのには十分であり、カソード領域４や中間領域３に深刻なダメージを与えて電気抵抗率を高めてしまうには不十分な範囲に設定されている。
注入イオンの種類は、特に限定されるものではないが、例えば、プロトン、３Ｈｅ、４Ｈｅが利用できる。中でも３Ｈｅは、長い飛程を確保でき、意図した深さに正確に注入できるので、好適である。
なお、イオン注入すると、イオンが通過した領域にもドナー準位が形成されてしまう。本実施例では、カソード領域４側からイオンを注入するので、空乏領域が形成される領域（図４のＫ３の範囲）にドナー準位が形成されることがない。
第１結晶欠陥領域Ｍは中間領域３内の空乏領域が形成されない領域のうちに一部のみに形成しても良いが、この場合、所定の欠陥量を達成するために、欠陥密度の最大値（ピーク値）が高くなるので、カソード領域４を深刻なダメージを与える恐れがある。従って、中間領域３内の空乏領域が形成されない領域のほぼ全域に、第１結晶欠陥領域Ｍが形成されるのが好ましい。
イオン注入後に、３５０℃ないし４００℃程度の温度でアニールすることが好ましい。
それによって、カソード領域４に生じたダメージを回復することができる。
【００２９】
（第２実施例）
以下、図９乃至図１１を参照しながら実施例２のダイオードを説明する。実施例１と共通する部分に対して、同じ番号を付することによって、その重複説明を省略する。
図９（ａ）は、実施例２のダイオードを示す模式断面図であり、図９（ｂ）はその結晶欠陥分布を示す図である。図９（ｂ）に示すように、実施例２のダイオードは、実施例１のダイオードの第１結晶欠陥領域Ｍの他に、第２結晶欠陥領域Ｍ２を備えている。第２結晶欠陥領域Ｍ２は、アノード領域２と中間領域３との界面近傍からアノード領域２にかけて形成されている。第１結晶欠陥領域Ｍと第２結晶欠陥領域Ｍ２の間には、無結晶欠陥領域Ｄが確保されている。ここで、これら２つの結晶欠陥領域Ｍ，Ｍ２の形成順序は、特に限定されるものではない。即ち、いずれの結晶欠陥領域Ｍ，Ｍ２を先に形成してもよい。
一般的に、通過するイオンによってアノード領域２はダメージを受けやすいのに対し、カソード領域４はダメージを受けにくい。そのために、第２結晶欠陥領域Ｍ２を形成する際には、カソード領域４側からイオンを注入するべきであるが、その場合は、中間領域３にドナー準位が形成家されてしまう。それを避けるために、第２結晶欠陥領域Ｍ２は、アノード領域２側からイオンを注入して結晶欠陥を形成することが望ましい。
【００３０】
次に、第２結晶欠陥領域Ｍ２の結晶欠陥量について説明を行う。前記したように、不用意に第２結晶欠陥領域Ｍ２を設けると、第２結晶欠陥領域Ｍ２によって空乏領域が伸びづらくなってしまう。即ち、不用意に第２結晶欠陥領域Ｍ２を設けると、耐圧が低下する。逆にいうと、耐圧に余裕がある場合には第２結晶欠陥領域Ｍ２を設けることができ、第２結晶欠陥領域Ｍ２を設ければ、ダイオードに順方向電圧が印加されている間に中間領域３に蓄積される正孔の数を抑制することができ、逆回復電流を抑制することができる。
第２結晶欠陥領域Ｍ２の結晶欠陥量は、必要な耐圧が確保できる範囲内のものでなければならない。実験によって第２結晶欠陥領域Ｍ２に許容される結晶欠陥量を確定することができる。欠陥量が少しずつ異なるダイオードに対して、逆回復電圧を測定することによってダイナミックバランシェ現象の発生を監視する。このようにして、ダイナミックバランシェ現象が発生しない最大の結晶欠陥量を確定することができる。その許容価の範囲内で第２結晶欠陥領域Ｍ２を形成すれば、必要な耐圧を確保することができる。
一般的に、アノード領域２の不純物濃度は、カソード領域４の不純物濃度よりも低いために、通過するイオンによって、アノード領域２はダメージを受けやすいのに対し、カソード領域４はダメージを受けにくい。従って、第２結晶欠陥領域Ｍ２の欠陥量は、第１結晶欠陥領域Ｍの欠陥量に等しいかそれ未満に設定されることが好ましい。
【００３１】
実施例２のダイオードによれば、第２結晶欠陥領域Ｍ２の欠陥量を抑制することによって、実施例１と同じ効果を得られるができる。しかも、逆回復電流を抑制することもできる。第２結晶欠陥領域Ｍ２を設けることによって、順方向の電圧が印加されている間に中間領域３に蓄積する正孔の数を抑制することができる。従って、印加電圧が反転した時に正孔が電子と再結合して消滅するまでの時間を短縮することができ、逆回復電流の大きさを押さえ、逆回復電流が流れなくなるまでの時間を短縮することができる。
【００３２】
以下、実験によって実施例２のダイオードを評価する。図１０は同じ逆バイアス電圧が印加されたときに測定された回復電圧Ｖak及び回復電流Ｉfのグラフである。１０（ａ）は従来のダイオードの逆回復電流の波形を示すグラフであり、１０（ｂ）は実施例２のダイオードの逆回復電流の波形を示すグラフである。ここで、従来のダイオードは、図１０（ａ）に示すように、ダイナミックバランシェ現象を起こって逆回復電流は発振した。実施例２のダイオードによると、図１０（ｂ）に示すように、ダイナミックバランシェ現象は起こらなかった。
【００３３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来のダイオードを示す図であり、（ａ）は構造を示す断面図であり、（ｂ）はその結晶欠陥の分布図である。
【図２】印加電圧反転時に生じる電圧と電流の変化を示すグラフであり、（ａ）は電源電圧が低くてダイナミックアバランシェ現象が発生しない場合を示し、（ｂ）は電源電圧が上昇したためにダイナミックアバランシェ現象が発生した場合を示し、（ｃ）は電源電圧が更に上昇したためにダイナミックアバランシェ現象が激しくなった場合を示す。
【図３】再結合準位とドナー準位の関係を示す図である。
【図４】実施例１のダイオードを示す図であり、（ａ）は構造を示す断面図であり、（ｂ）はその結晶欠陥の分布図である。
【図５】ノンパンチスルー型のダイオードの特性を示す図であり、（ａ）は、空乏領域の不純物濃度分布を示すグラフであり、（ｂ）は、電界強度の電源電圧Ｖｃｃへの依存性を示すグラフであり、（ｃ）は、空乏領域が形成される領域の不純物濃度に電界強度が依存する特性を示すグラフである。
【図６】パンチスルー型のダイオードの特性を示す図であり、（ａ）は、空乏領域の不純物濃度分布を示すグラフであり、（ｂ）は、電界強度の電源電圧Ｖｃｃへの依存性を示すグラフであり、（ｃ）は、空乏領域が形成される領域の不純物濃度に電界強度が依存する特性を示すグラフである。
【図７】実施例１のダイオードを評価する図であり、（ａ）は従来のダイオードの逆回復電流を示すグラフであり、（ｂ）は実施例１のダイオードの逆回復電流を示すグラフである。
【図８】実施例１のダイオードを評価する図であり、（ａ）は従来のダイオードの電界強度を示すグラフであり、（ｂ）は実施例１のダイオードの電界強度を示すグラフである。
【図９】実施例２のダイオードを示す図であり、（ａ）は構造を示す断面図であり、（ｂ）はその結晶欠陥の分布図である。
【図１０】実施例２のダイオードの回復を評価する図であり、（ａ）は従来のダイオードの回復電圧及び逆回復電流を示すグラフであり、（ｂ）は実施例２のダイオードの回復電圧及び逆回復電流を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１    ：アノード電極
２    ：アノード領域
３    ：中間領域
４    ：カソード領域
５    ：カソード電極
Ｋ    ：空乏領域が伸びる範囲
Ｍ    ：結晶欠陥領域
Ｍ２  ：第２結晶欠陥領域
Ｈ    ：非空乏化領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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