二极管以及使用了二极管的电力变换装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种二极管以及使用了二极管的电力变换装置。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，降低作为元件损坏或劣化原因的耐压保持时的漏电流。二极管具备：阳极电极层、阴极电极层、夹在阳极电极层和阴极电极层之间，并在离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、在夹在阳极电极层和阴极电极层之间的区域形成，与第1导电型的缓冲层接触的第1导电型的第1半导体层、在夹在阳极电极层和第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，第1半导体层的载流子浓度低于缓冲层的载流子浓度，缓冲层的载流子浓度不足1×10

Diode and power conversion device using diode

The present invention provides a diode and an electric power conversion device using a diode. Weigh the side improvement of the diode conduction and switching losses, while suppressing the reverse recovery when switching surge voltage and high frequency oscillation, reduce the leakage current as maintaining voltage components damage or deterioration of the reasons. A: diode anode electrode layer and a cathode electrode layer, sandwiched between the anode electrode layer and the cathode electrode layer, and the cathode electrode layer from a distance of first conductivity type formed more than 30 m on the position of the buffer layer, the clip is formed between the anode electrode layer and the cathode electrode layer of the semiconductor region, second the first conductive layer and buffer layer contact the first conductive type semiconductor layer is formed between the first and first semiconductor layer sandwiched between the anode electrode layer and the first conductive region of the second conductivity type, the carrier concentration of the first semiconductor layer is lower than the flow concentration load buffer layer, the carrier concentration of the buffer layer 1 is insufficient * 10

【技术实现步骤摘要】
二极管以及使用了二极管的电力变换装置
本专利技术涉及一种二极管以及使用了二极管的电力变换装置。
技术介绍
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，本专利技术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
技术实现思路
本专利技术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，以如下方式构成本专利技术。即，本专利技术的二极管具备：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，在用于实施专利技术的方式中说明其他手段。通过本专利技术，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表示本专利技术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表示本专利技术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表示本专利技术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表示本专利技术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表示本专利技术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表示本专利技术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表示本专利技术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表示本专利技术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表示本专利技术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表示本专利技术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表示本专利技术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表示本专利技术的第九实施方式的电力变换装置的结构例子。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二极管，其特征在于，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1×10

【技术特征摘要】
2016.05.02 JP 2016-0922291.一种二极管，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述缓冲层的总载流子浓度为1×1011～1×1013cm-2。3.根据权利要求1或2所述的二极管，其特征在于，包含载流子的寿命降低的低载流子寿命控制层来构成所述缓冲层，所述低载流子寿命控制层独立于所述缓冲层的杂质浓度分布而具有示出高电阻峰值的比电阻分布。4.根据权利要求3所述的二极管，其特征在于，所述二极管具备所述缓冲层所包含的第1导电型的第3半导体层，该第3半导体层的载流子浓度为1×1015cm-3以上，在与所述阴极电极层接触的区域中包含所述低载流子寿命控制层来形成该第3半导体层，所述低载流子寿命控制层独立于所述第3半导体层的杂质浓度分布而具有示出高电阻峰值的比电阻分布。5.根据权利要求3所述的二极管，其特征在于，所述二极管具备所...

【专利技术属性】
技术研发人员：新井大夏，若木政利，石丸哲也，森睦宏，
申请(专利权)人：株式会社日立功率半导体，
类型：发明
国别省市：日本,JP