JP5523901B2

JP5523901B2 - PIN diode

Info

Publication number: JP5523901B2
Application number: JP2010086328A
Authority: JP
Inventors: 侑佑山下; 隆英杉山; 忠司三角
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-04-02
Also published as: JP2011222550A

Description

本発明は、アノード領域とカソード領域の間に高抵抗領域を有するＰＩＮダイオードに関する。 The present invention relates to a PIN diode having a high resistance region between an anode region and a cathode region.

アノード領域とカソード領域の間に高抵抗領域を有するＰＩＮダイオード（P-Intrinsic-N diode）が開発されている。ＰＩＮダイオードをオンすると、アノード領域から高抵抗領域に正孔が注入され、カソード領域から高抵抗領域に電子が注入され、高抵抗領域で伝導度変調が生じる。ＰＩＮダイオードをオフすると、高抵抗領域に存在するキャリア（正孔と電子）がアノード領域とカソード領域から排出され、ＰＩＮダイオードが非導通となる。ＰＩＮダイオードでは、オフしたときのキャリア（正孔と電子）のライフタイムを短くするために、高抵抗領域内に結晶欠陥を形成する技術が知られている。高抵抗領域内に結晶欠陥を形成することにより、ＰＩＮダイオードのスイッチング損失を低減させることができる。高抵抗領域内に結晶欠陥を形成するＰＩＮダイオードの一例が、特許文献１及び特許文献２に開示されている。 A PIN diode (P-Intrinsic-N diode) having a high resistance region between an anode region and a cathode region has been developed. When the PIN diode is turned on, holes are injected from the anode region to the high resistance region, and electrons are injected from the cathode region to the high resistance region, and conductivity modulation occurs in the high resistance region. When the PIN diode is turned off, carriers (holes and electrons) existing in the high resistance region are discharged from the anode region and the cathode region, and the PIN diode becomes non-conductive. In the PIN diode, a technique for forming a crystal defect in a high resistance region is known in order to shorten the lifetime of carriers (holes and electrons) when turned off. By forming crystal defects in the high resistance region, the switching loss of the PIN diode can be reduced. An example of a PIN diode that forms crystal defects in a high resistance region is disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2.

特許文献１の技術では、アノード領域側とカソード領域側の両方から高抵抗領域に向けてプロトンを照射し、アノード領域と高抵抗領域の界面及びカソード領域と高抵抗領域の界面の双方に結晶欠陥を形成する。特許文献１の技術によると、ＰＩＮダイオードをオフしたときの逆回復電荷を低減させ、スイッチング損失を低減させることができる。なお、「逆回復電荷」とは、逆回復電流を時間で積分した値のことをいう。 In the technique of Patent Document 1, protons are irradiated from both the anode region side and the cathode region side toward the high resistance region, and crystal defects are formed on both the interface between the anode region and the high resistance region and the interface between the cathode region and the high resistance region. Form. According to the technique of Patent Document 1, reverse recovery charge when the PIN diode is turned off can be reduced, and switching loss can be reduced. The “reverse recovery charge” means a value obtained by integrating the reverse recovery current with time.

特許文献２の技術では、アノード領域と高抵抗領域の界面近傍の高抵抗領域内に、酸素を高濃度に含む酸素富裕層を形成する。そして、高抵抗領域に電子線を照射することにより、酸素富裕層を形成した部分に局所的な結晶欠陥を形成する。特許文献２の技術では、局所的な結晶欠陥によって、ＰＩＮダイオードをオフしたときの逆回復電荷を低減させ、スイッチング損失を低減させている。 In the technique of Patent Document 2, an oxygen-rich layer containing oxygen at a high concentration is formed in a high resistance region near the interface between the anode region and the high resistance region. Then, by irradiating the high resistance region with an electron beam, local crystal defects are formed in the portion where the oxygen rich layer is formed. In the technique of Patent Document 2, the reverse recovery charge when the PIN diode is turned off is reduced by a local crystal defect, and the switching loss is reduced.

特開平８−１０２５４５号公報JP-A-8-102545 特開２００７−２６６１０３号公報JP 2007-266103 A

上記したように、特許文献１及び特許文献２の技術は、高抵抗領域内に結晶欠陥を形成するという点が共通している。しかしながら、特許文献１と特許文献２では、高抵抗領域内に形成される結晶欠陥の種類が相違する。特許文献１の技術では、プロトンを高抵抗領域内に留まるように照射する。その結果、プロトンが導入された箇所に主として原子空孔同士が結合した複空孔欠陥が形成される。複空孔欠陥は、逆回復電荷を低減させるためには有効であるが、リーク電流が生じやすいという欠点を有している。そのため、特許文献１の技術では、逆回復電荷の低減に伴ってリーク電流の増加を招く。特許文献２の技術では、高抵抗領域内に主として原子空孔と酸素が結合した複合欠陥が形成される。この複合欠陥は、複空孔欠陥に比べてリーク電流が生じにくいが、高抵抗領域内に酸素が存在しないと形成することができない。そのため、特許文献２の技術では、逆回復電荷の低減効果が限定的である。すなわち、酸素富裕層が形成されていない部分では、逆回復電荷を低減させる効果が得られない。なお、以下の説明では、複空孔欠陥のことをＶ−Ｖ欠陥と称し、原子空孔と酸素が結合した複合欠陥のことをＶ−Ｏ欠陥と称すことがある。 As described above, the techniques of Patent Document 1 and Patent Document 2 are common in that crystal defects are formed in the high resistance region. However, Patent Document 1 and Patent Document 2 differ in the types of crystal defects formed in the high resistance region. In the technique of Patent Document 1, protons are irradiated so as to remain in the high resistance region. As a result, a double-vacancy defect in which atomic vacancies are mainly bonded to each other where protons are introduced is formed. The double vacancy defect is effective in reducing the reverse recovery charge, but has a drawback that a leak current is likely to occur. For this reason, the technique of Patent Document 1 causes an increase in leakage current as the reverse recovery charge is reduced. In the technique of Patent Document 2, a complex defect in which atomic vacancies and oxygen are mainly bonded is formed in the high resistance region. Although this complex defect is less likely to cause a leakage current than the compound hole defect, it cannot be formed unless oxygen is present in the high resistance region. Therefore, in the technique of Patent Document 2, the effect of reducing the reverse recovery charge is limited. That is, the effect of reducing the reverse recovery charge cannot be obtained in the portion where the oxygen rich layer is not formed. In the following description, a double vacancy defect is sometimes referred to as a VV defect, and a composite defect in which atomic vacancies and oxygen are combined may be referred to as a VO defect.

近年、高耐圧のＰＩＮダイオードを実現するために、高抵抗領域の厚み（アノード領域と高抵抗領域の界面からカソード領域と高抵抗領域の界面までの距離）が厚いＰＩＮダイオードが開発されている。例えば高抵抗領域の厚みが５０μｍ以上のダイオードの場合、ダイオードがオンしているときに高抵抗領域内に存在するキャリアの量も多くなる。そのため、特許文献２のように高抵抗領域内に局所的な酸素富裕層を設けても、逆回復電荷を十分に低減させることができない。高抵抗領域の厚みが厚いＰＩＮダイオードにおいては、高抵抗領域内に局所的な酸素富裕層を設けるだけでは、ＰＩＮダイオードをオフしたときのスイッチング損失を低減させることができない。本明細書に開示する技術は、上記の問題を解決するためのものであり、高抵抗領域の厚みが５０μｍ以上のＰＩＮダイオードにおいて、リーク電流の増加を抑制しながら逆回復電荷を低減させることを目的とする。 In recent years, in order to realize a high-breakdown-voltage PIN diode, a PIN diode has been developed in which the thickness of the high resistance region (distance from the interface between the anode region and the high resistance region to the interface between the cathode region and the high resistance region) is large. For example, in the case of a diode having a thickness of 50 μm or more in the high resistance region, the amount of carriers existing in the high resistance region increases when the diode is on. Therefore, even if a local oxygen-rich layer is provided in the high resistance region as in Patent Document 2, the reverse recovery charge cannot be sufficiently reduced. In a PIN diode having a high thickness in the high resistance region, switching loss when the PIN diode is turned off cannot be reduced only by providing a local oxygen-rich layer in the high resistance region. The technology disclosed in this specification is for solving the above-described problem, and in a PIN diode having a high resistance region thickness of 50 μm or more, the reverse recovery charge is reduced while suppressing an increase in leakage current. Objective.

まず、Ｖ−Ｖ欠陥とＶ−Ｏ欠陥の違いについて説明する。半導体層に向けて荷電粒子をその半導体層の内部に留まるように照射すると、荷電粒子が留まった箇所にＶ−Ｖ欠陥が形成される。荷電粒子が通過した範囲には、Ｖ−Ｖ欠陥はほとんど形成されない。一方、酸素を含む半導体層に向けて荷電粒子を照射すると、荷電粒子が通過した範囲にＶ−Ｏ欠陥が形成される。この場合、荷電粒子が半導体層を突き抜けると、半導体層の全体にＶ−Ｏ欠陥が形成される。また、酸素を含む半導体層の内部に荷電粒子が留まると、荷電粒子が通過した範囲にＶ−Ｏ欠陥が形成されるとともに、荷電粒子が留まった箇所にＶ−Ｖ欠陥が形成される。なお、荷電粒子の例として、ヘリウムイオン等の軽元素イオン、電子、陽子（水素イオン）が挙げられる。 First, the difference between a VV defect and a VO defect will be described. When the charged particles are irradiated toward the semiconductor layer so as to remain inside the semiconductor layer, VV defects are formed at the places where the charged particles remain. VV defects are hardly formed in the range through which the charged particles have passed. On the other hand, when charged particles are irradiated toward the semiconductor layer containing oxygen, VO defects are formed in a range through which the charged particles have passed. In this case, when charged particles penetrate the semiconductor layer, VO defects are formed in the entire semiconductor layer. In addition, when charged particles remain inside the semiconductor layer containing oxygen, VO defects are formed in a range through which the charged particles have passed, and VV defects are formed in places where the charged particles remain. Examples of charged particles include light element ions such as helium ions, electrons, and protons (hydrogen ions).

本明細書に開示する技術は、アノード領域とカソード領域の間に高抵抗領域を有するＰＩＮダイオードに適用することができる。本明細書で開示するＰＩＮダイオードは、アノード領域と高抵抗領域が接する第１界面からカソード領域と高抵抗領域が接する第２界面までの距離が５０μｍ以上であり、高抵抗領域の全域に酸素が含まれている。酸素の濃度は、第１界面の近傍で最大値を示すとともにカソード領域に向けて単調減少している。そして、酸素の濃度は、第２界面において２．０×１０^１６ｃｍ^−３以上で５．０×１０^１６ｃｍ^−３以下である。本明細書で開示するＰＩＮダイオードでは、酸素の濃度に応じて、高抵抗領域内に原子空孔と酸素が結合した複合欠陥（Ｖ−Ｏ欠陥）が形成されている。 The technology disclosed in this specification can be applied to a PIN diode having a high resistance region between an anode region and a cathode region. In the PIN diode disclosed in this specification, the distance from the first interface where the anode region and the high resistance region are in contact to the second interface where the cathode region and the high resistance region are in contact is 50 μm or more, and oxygen is present throughout the high resistance region. include. The oxygen concentration shows a maximum value in the vicinity of the first interface and monotonously decreases toward the cathode region. The oxygen concentration is 2.0 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ or more and 5.0 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ or less at the second interface. In the PIN diode disclosed in this specification, a composite defect (VO defect) in which atomic vacancies and oxygen are combined is formed in the high resistance region in accordance with the concentration of oxygen.

上記のＰＩＮダイオードは、高抵抗領域の長さが５０μｍ以上なので、高耐圧が要求される機器に使用することができる。また、高抵抗領域の全域にＶ−Ｏ欠陥が形成されているので、高抵抗領域内に局所的にＶ−Ｏ欠陥が形成されている従来のＰＩＮダイオード（従来技術２のようなＰＩＮダイオード）よりも逆回復電荷を低減することができる。さらに、Ｖ−Ｖ欠陥によって逆回復電荷を低減させる従来のＰＩＮダイオード（従来技術１のようなＰＩＮダイオード）のように、逆回復電荷を低減させることによりリーク電流が増加することもない。すなわち、上記のＰＩＮダイオードは、リーク電流を増加させることなく、逆回復電荷を低減することができる。なお、上記ＰＩＮダイオードでは、酸素の濃度が、第２界面において２．０×１０^１６ｃｍ^−３以上である。そのため、第２界面に至るまで十分な量のＶ−Ｏ欠陥を形成することができる。さらに、酸素の濃度が、第２界面において５．０×１０^１６ｃｍ^−３以下である。そのため、第２界面のＶ−Ｏ欠陥が増加しすぎることにより、第２界面近傍のキャリアが急速に消失することを抑制することができる。活発な伝動度変調を利用して低いオン抵抗を維持することができ、さらに、逆回復電流の変化を緩やかにすることができ、サージ電圧が増大することを抑制することができる。 Since the PIN diode has a length of the high resistance region of 50 μm or more, the PIN diode can be used for a device that requires a high breakdown voltage. Further, since the VO defect is formed in the entire high resistance region, the conventional PIN diode in which the VO defect is locally formed in the high resistance region (PIN diode as in prior art 2). As a result, the reverse recovery charge can be reduced. Further, unlike the conventional PIN diode that reduces the reverse recovery charge due to the VV defect (PIN diode as in Related Art 1), the leakage current does not increase by reducing the reverse recovery charge. That is, the above PIN diode can reduce the reverse recovery charge without increasing the leakage current. In the PIN diode, the oxygen concentration is 2.0 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ or more at the second interface. Therefore, a sufficient amount of VO defects can be formed up to the second interface. Furthermore, the oxygen concentration is 5.0 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ or less at the second interface. For this reason, it is possible to suppress the rapid disappearance of carriers in the vicinity of the second interface due to the excessive increase of the VO defects at the second interface. It is possible to maintain a low on-resistance by using active transmission modulation, and further, it is possible to moderate a change in reverse recovery current and to suppress an increase in surge voltage.

本発明で開示するＰＩＮダイオードでは、最大値における酸素の濃度が、１．０×１０^１７ｃｍ^−３以上で２．０×１０^１７ｃｍ^−３以下であることが好ましい。一般的に、逆回復電荷は、高抵抗領域内に形成されている結晶欠陥が多いほど低減する。しかしながら、高抵抗領域内の結晶欠陥を増加させると、その結晶欠陥がＶ−Ｏ欠陥であってもリーク電流の増加が避けられない。高抵抗領域内に形成することができるＶ−Ｏ欠陥の総量には限界がある。すなわち、高抵抗領域内に含ませることができる酸素の総量には限界がある。高抵抗領域の全域にＶ−Ｏ欠陥を形成する場合には、最大値における酸素の濃度を２．０×１０^１７ｃｍ^−３以下とすることが好ましい。また、高抵抗領域内に形成されているＶ−Ｏ欠陥の総量が同じであっても、第１界面近傍に形成されるＶ−Ｏ欠陥の量が少ないと、相対的に第２界面近傍のＶ−Ｏ欠陥が増加する。上記したように、第２界面近傍のＶ−Ｏ欠陥が増加しすぎると、サージ電圧が増加する。サージ電圧の増加を抑制するために、第１界面の近傍における酸素の濃度、すなわち、最大値における酸素の濃度は、１．０×１０^１７ｃｍ^−３以上であることが好ましい。 In the PIN diode disclosed in the present invention, the oxygen concentration at the maximum value is preferably 1.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ or more and 2.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ or less. Generally, the reverse recovery charge decreases as the number of crystal defects formed in the high resistance region increases. However, when crystal defects in the high resistance region are increased, an increase in leakage current is unavoidable even if the crystal defects are VO defects. There is a limit to the total amount of V-O defects that can be formed in the high resistance region. That is, there is a limit to the total amount of oxygen that can be included in the high resistance region. In the case where VO defects are formed in the entire high resistance region, the oxygen concentration at the maximum value is preferably set to 2.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ or less. Further, even if the total amount of VO defects formed in the high resistance region is the same, if the amount of VO defects formed in the vicinity of the first interface is small, the VO defects in the vicinity of the second interface are relatively V-O defects increase. As described above, when the number of V-O defects near the second interface increases excessively, the surge voltage increases. In order to suppress an increase in surge voltage, the concentration of oxygen in the vicinity of the first interface, that is, the concentration of oxygen at the maximum value is preferably 1.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ or more.

本発明で開示するＰＩＮダイオードでは、酸素の濃度が、第１界面で最大値を示していることが好ましい。アノード領域内及びカソード領域内に形成されているＶ−Ｏ欠陥は、逆回復電荷の低減に寄与しない。酸素の濃度が第１界面で最大値を示していれば、Ｖ−Ｏ欠陥の量をアノード領域と高抵抗領域の界面で最大にすることができる。アノード領域と高抵抗領域の界面（第１界面）のＶ−Ｏ欠陥の量を増加させると、逆回復電流を低減することができる。 In the PIN diode disclosed in the present invention, it is preferable that the oxygen concentration has a maximum value at the first interface. VO defects formed in the anode region and the cathode region do not contribute to the reduction of the reverse recovery charge. If the oxygen concentration shows the maximum value at the first interface, the amount of VO defects can be maximized at the interface between the anode region and the high resistance region. When the amount of VO defects at the interface between the anode region and the high resistance region (first interface) is increased, the reverse recovery current can be reduced.

本発明で開示するＰＩＮダイオードでは、第１界面の近傍の高抵抗領域内に、さらに複空孔欠陥（Ｖ−Ｖ欠陥）が形成されていてもよい。高抵抗領域内に含まれる酸素の総量を増加させることなく、逆回復電荷をさらに低減させることができる。 In the PIN diode disclosed in the present invention, double hole defects (VV defects) may be further formed in the high resistance region in the vicinity of the first interface. The reverse recovery charge can be further reduced without increasing the total amount of oxygen contained in the high resistance region.

本明細書で開示する技術によると、高耐圧のＰＩＮダイオードにおいて、リーク電流を増加させることなく、逆回復電荷を低減させることができる。 According to the technique disclosed in this specification, reverse recovery charge can be reduced in a high breakdown voltage PIN diode without increasing leakage current.

実施例１のＰＩＮダイオードの要部断面図を示す。1 is a cross-sectional view of a principal part of a PIN diode of Example 1. FIG. 実施例１のＰＩＮダイオードの半導体層内の不純物の濃度分布を示す。2 shows the concentration distribution of impurities in the semiconductor layer of the PIN diode of Example 1. 実施例１のＰＩＮダイオードの半導体層内に含まれる酸素の濃度分布、及び、Ｖ−Ｏ欠陥の濃度分布を示す。The density distribution of the oxygen contained in the semiconductor layer of the PIN diode of Example 1, and the density distribution of the VO defect are shown. シミュレーションにおける高抵抗領域に含まれる酸素濃度分布を示すShows the oxygen concentration distribution in the high resistance region in the simulation ＰＩＮダイオードをオフしてから時間と逆回復電流の関係を示す。The relationship between the time after turning off the PIN diode and the reverse recovery current is shown. ＰＩＮダイオードをオフしてから時間と電圧の関係を示す。The relationship between time and voltage after turning off the PIN diode is shown. 第１界面の酸素濃度とＰＩＮダイオードの特性の変化の関係を示す。The relationship between the oxygen concentration of the first interface and the change in the characteristics of the PIN diode is shown. 第２界面の酸素濃度とＰＩＮダイオードの特性の変化の関係を示す。The relationship between the oxygen concentration of the second interface and the change in the characteristics of the PIN diode is shown. 実施例２のＰＩＮダイオードの半導体層内に含まれる酸素の濃度分布、及び、結晶欠陥の濃度分布を示す。The density distribution of the oxygen contained in the semiconductor layer of the PIN diode of Example 2 and the density distribution of crystal defects are shown.

実施例を説明する前に、実施例の技術的特徴を以下に簡潔に記す。
（特徴１）高抵抗領域及びカソード領域にはｎ型の不純物が含まれている。高抵抗領域の不純物濃度は、カソード領域の不純物濃度よりも薄い。カソード領域は、ｎ型不純物中濃度領域とｎ型不純物高濃度領域を備えている。ｎ型不純物中濃度領域の不純物濃度は、高抵抗領域の不純物濃度よりも薄い。ｎ型不純物中濃度領域は、高抵抗領域とｎ型不純物高濃度領域の間に介在している。 Before describing the embodiments, the technical features of the embodiments are briefly described below.
(Feature 1) The high resistance region and the cathode region contain n-type impurities. The impurity concentration in the high resistance region is thinner than the impurity concentration in the cathode region. The cathode region includes an n-type impurity medium concentration region and an n-type impurity high concentration region. The impurity concentration in the n-type impurity middle concentration region is lower than the impurity concentration in the high resistance region. The n-type impurity medium concentration region is interposed between the high resistance region and the n-type impurity high concentration region.

図１〜図３を参照し、ＰＩＮダイオード１０について説明する。図１に示すように、ＰＩＮダイオード１０は、半導体層１７と、半導体層１７の表面に形成されているアノード電極２と、半導体層１７の裏面に形成されているカソード電極１８を備えている。半導体層１７の材料には、シリコン単結晶が用いられている。アノード電極２は、アルミニウム（Ａｌ）で形成されている。カソード電極１８は、チタン（Ｔｉ），ニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ）の積層体で形成されている。 The PIN diode 10 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the PIN diode 10 includes a semiconductor layer 17, an anode electrode 2 formed on the surface of the semiconductor layer 17, and a cathode electrode 18 formed on the back surface of the semiconductor layer 17. A silicon single crystal is used as the material of the semiconductor layer 17. The anode electrode 2 is made of aluminum (Al). The cathode electrode 18 is formed of a laminate of titanium (Ti), nickel (Ni), and gold (Au).

半導体層１７は、アノード領域４と、高抵抗領域８と、カソード領域１５を備えている。カソード領域１５は、ｎ型不純物中濃度領域１４とｎ型不純物高濃度領域１６を備えている。高抵抗領域８は、アノード領域４とカソード領域１５に接している。なお、高抵抗領域８は、カソード領域１５のうちのｎ型不純物中濃度領域１４に接している。換言すると、ｎ型不純物中濃度領域１４が、高抵抗領域８とｎ型不純物高濃度領域１６の間に介在している。 The semiconductor layer 17 includes an anode region 4, a high resistance region 8, and a cathode region 15. The cathode region 15 includes an n-type impurity medium concentration region 14 and an n-type impurity high concentration region 16. The high resistance region 8 is in contact with the anode region 4 and the cathode region 15. The high resistance region 8 is in contact with the n-type impurity medium concentration region 14 in the cathode region 15. In other words, the n-type impurity medium concentration region 14 is interposed between the high resistance region 8 and the n-type impurity high concentration region 16.

図２は、半導体層１７内の不純物（アクセプタ及びドナー）の濃度分布を示す。曲線２０がｐ型不純物（アクセプタ）の濃度分布を示し、曲線２２がｎ型不純物（ドナー）の濃度分布を示す。アノード領域４は、半導体層１７の表面からホウ素（ボロン：Ｂ）をイオン注入することで形成されている。アノード領域４のピーク不純物濃度はおよそ１．０×１０^１７ｃｍ^−３である。アノード領域４の厚みＷ４はおよそ２μｍである。詳細は後述するが、半導体層１７内には酸素も含まれている。半導体層１７内に含まれている酸素は、アクセプタ及びドナーとして機能しない。 FIG. 2 shows the concentration distribution of impurities (acceptors and donors) in the semiconductor layer 17. A curve 20 shows the concentration distribution of the p-type impurity (acceptor), and a curve 22 shows the concentration distribution of the n-type impurity (donor). The anode region 4 is formed by ion implantation of boron (boron: B) from the surface of the semiconductor layer 17. The peak impurity concentration of the anode region 4 is approximately 1.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ . The thickness W4 of the anode region 4 is approximately 2 μm. Although details will be described later, the semiconductor layer 17 also contains oxygen. Oxygen contained in the semiconductor layer 17 does not function as an acceptor and a donor.

高抵抗領域８は、用意された半導体基板を所定の厚みに研磨することで形成されている。ＰＩＮダイオード１０では、厚みＷ８は５０μｍ以上に調整されている。高抵抗領域８の不純物としてリンが用いられている。高抵抗領域８の不純物濃度は厚み方向に一定であり、およそ１×１０^１４ｃｍ^−３である。半導体層１７内において、ｐ型不純物の濃度が高抵抗領域８に含まれるｎ型不純物の濃度と等しくなる面が、アノード領域４と高抵抗領域８が接する第１界面６である。 The high resistance region 8 is formed by polishing a prepared semiconductor substrate to a predetermined thickness. In the PIN diode 10, the thickness W8 is adjusted to 50 μm or more. Phosphorus is used as an impurity of the high resistance region 8. The impurity concentration of the high resistance region 8 is constant in the thickness direction and is approximately 1 × 10 ¹⁴ cm ⁻³ . In the semiconductor layer 17, the surface where the concentration of the p-type impurity is equal to the concentration of the n-type impurity contained in the high resistance region 8 is the first interface 6 where the anode region 4 and the high resistance region 8 are in contact.

カソード領域１５（ｎ型不純物中濃度領域１４とｎ型不純物高濃度領域１６）は、半導体層１７の裏面からリン（Ｐ）をイオン注入することで形成されている。ｎ型不純物中濃度領域１４のピーク不純物濃度はおよそ１．０×１０^１５ｃｍ^−３である。ｎ型不純物中濃度領域１４の厚みＷ１４はおよそ２０μｍである。ｎ型不純物高濃度領域１６のピーク不純物濃度はおよそ１．０×１０^１９ｃｍ^−３である。ｎ型不純物高濃度領域１６の厚みＷ１６はおよそ１μｍである。半導体層１７内において、ｎ型不純物中濃度領域１４に含まれるｎ型不純物の濃度が高抵抗領域８に含まれるｎ型不純物の濃度と等しくなる面が、カソード領域１５と高抵抗領域８が接する第２界面１２である。 The cathode region 15 (the n-type impurity medium concentration region 14 and the n-type impurity high concentration region 16) is formed by ion implantation of phosphorus (P) from the back surface of the semiconductor layer 17. The peak impurity concentration of the n-type impurity medium concentration region 14 is approximately 1.0 × 10 ¹⁵ cm ⁻³ . The thickness W14 of the n-type impurity medium concentration region 14 is approximately 20 μm. The peak impurity concentration of the n-type impurity high concentration region 16 is approximately 1.0 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ . The thickness W16 of the n-type impurity high concentration region 16 is approximately 1 μm. In the semiconductor layer 17, the cathode region 15 and the high resistance region 8 are in contact with the surface where the concentration of the n type impurity contained in the n type impurity middle concentration region 14 is equal to the concentration of the n type impurity contained in the high resistance region 8. This is the second interface 12.

図３は、半導体層１７内に含まれる酸素の濃度分布及びＶ−Ｏ欠陥の濃度分布示す。曲線２６が酸素の濃度分布を示し、曲線３０がＶ−Ｏ欠陥の濃度分布を示す。図３に示すように、酸素の濃度は、第１界面６において最大値を示し、カソード領域１５に向けて単調減少している。第１界面６と曲線２６が交わる点２４における酸素濃度は、１．０×１０^１７ｃｍ^−３〜２．０×１０^１７ｃｍ^−３に調整されている。第２界面１２と曲線２６が交わる点２８における酸素濃度は、２．０×１０^１６ｃｍ^−３〜５．０×１０^１６ｃｍ^−３に調整されている。半導体層１７の表面（アノード領域４側）に酸素をイオン注入し、高温（例えば１１００℃以上）でアニールすることにより、半導体層１７内に含まれる酸素を上記の濃度分布にすることができる。酸素の注入量、アニール時間等は、半導体層１７の厚みＷ１７（図１を参照）に応じて調整することができる。 FIG. 3 shows the concentration distribution of oxygen contained in the semiconductor layer 17 and the concentration distribution of VO defects. A curve 26 shows the concentration distribution of oxygen, and a curve 30 shows the concentration distribution of VO defects. As shown in FIG. 3, the oxygen concentration shows a maximum value at the first interface 6 and monotonously decreases toward the cathode region 15. The oxygen concentration at the point 24 where the first interface 6 and the curve 26 intersect is adjusted to 1.0 × 10 ¹⁷ cm ^{−3 to} 2.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ . The oxygen concentration at the point 28 where the second interface 12 and the curve 26 intersect is adjusted to 2.0 × 10 ¹⁶ cm ^{−3 to} 5.0 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ . By implanting oxygen into the surface of the semiconductor layer 17 (on the anode region 4 side) and annealing at a high temperature (for example, 1100 ° C. or higher), the oxygen contained in the semiconductor layer 17 can have the above concentration distribution. The oxygen injection amount, the annealing time, and the like can be adjusted according to the thickness W17 of the semiconductor layer 17 (see FIG. 1).

曲線３０に示すように、Ｖ−Ｏ欠陥は、高抵抗領域８の全域に形成されている。Ｖ−Ｏ欠陥の濃度は、酸素濃度に応じて増減している。半導体層１７内に酸素が含まれている場合、荷電粒子線が通過した範囲には、酸素の濃度に応じたＶ−Ｏ欠陥が形成される。Ｖ−Ｏ欠陥は、曲線２６の酸素濃度分布を有する半導体層１７に対して、荷電粒子線を半導体層１７を通過するように照射することによって形成することができる。なお、荷電粒子は、半導体層１７を通過可能であれば、その種類は特に限定されない。例えば、荷電粒子として、電子、陽子、ヘリウムイオン等を用いることができる。 As indicated by the curve 30, the VO defect is formed in the entire high resistance region 8. The concentration of V-O defects increases and decreases according to the oxygen concentration. In the case where oxygen is contained in the semiconductor layer 17, VO defects corresponding to the oxygen concentration are formed in the range through which the charged particle beam has passed. The V-O defect can be formed by irradiating the semiconductor layer 17 having the oxygen concentration distribution of the curve 26 with a charged particle beam so as to pass through the semiconductor layer 17. The type of charged particles is not particularly limited as long as the charged particles can pass through the semiconductor layer 17. For example, electrons, protons, helium ions, or the like can be used as charged particles.

上記したように、ＰＩＮダイオード１０では、Ｖ−Ｏ欠陥が、高抵抗領域８の全域に形成されている。そのため、ＰＩＮダイオード１０をオフしたときに、高抵抗領域８の全域でキャリア（正孔と電子）の再結合が生じる。その結果、高抵抗領域８の全域でキャリアのライフタイムを短くすることができ、逆回復電荷を低減させることができる。すなわち、ＰＩＮダイオード１０をオフしたときのスイッチング損失を低減することができる。また、ＰＩＮダイオード１０では、荷電粒子を高抵抗領域８内に留めないので、高抵抗領域８内にＶ−Ｖ欠陥がほとんど形成されない。ＰＩＮダイオード１０は、リーク電流を増加させやすいＶ−Ｖ欠陥ではなく、リーク電流を増加させにくいＶ−Ｏ欠陥を形成することにより、逆回復電荷を低減させる。そのため、ＰＩＮダイオード１０は、従来のＰＩＮダイオードと比較して、リーク電流の増加を抑制しながら逆回復電荷を低減させることができる。 As described above, in the PIN diode 10, VO defects are formed throughout the high resistance region 8. Therefore, when the PIN diode 10 is turned off, carriers (holes and electrons) are recombined throughout the high resistance region 8. As a result, the lifetime of carriers can be shortened throughout the high resistance region 8, and the reverse recovery charge can be reduced. That is, switching loss when the PIN diode 10 is turned off can be reduced. Further, in the PIN diode 10, the charged particles are not retained in the high resistance region 8, so that VV defects are hardly formed in the high resistance region 8. The PIN diode 10 reduces the reverse recovery charge by forming a VO defect that does not easily increase the leakage current, but not a V-V defect that easily increases the leakage current. Therefore, the PIN diode 10 can reduce the reverse recovery charge while suppressing an increase in leakage current as compared with the conventional PIN diode.

なお、曲線３０に示すように、Ｖ−Ｏ欠陥は、アノード領域４及びカソード領域１５内にも形成されている。アノード領域４及びカソード領域１５内に形成されているＶ−Ｏ欠陥は、逆回復電荷を低減させる効果がない。上記したように、酸素の濃度は、第１界面６で最大値を示している。そのため、Ｖ−Ｏ欠陥の濃度も、第１界面６で最大値を示す。アノード領域４内に形成されるＶ−Ｏ欠陥の濃度を抑制しながら、高抵抗領域８内に必要とされる濃度のＶ−Ｏ欠陥を形成することができる。また、第１界面６のＶ−Ｏ欠陥の量を増加させると、ＰＩＮダイオード１０をオフしたときの逆回復電流を低減させることができる。 As indicated by the curve 30, V—O defects are also formed in the anode region 4 and the cathode region 15. VO defects formed in the anode region 4 and the cathode region 15 have no effect of reducing the reverse recovery charge. As described above, the oxygen concentration shows the maximum value at the first interface 6. For this reason, the concentration of VO defects also shows a maximum value at the first interface 6. While suppressing the concentration of V—O defects formed in the anode region 4, V—O defects having a required concentration can be formed in the high resistance region 8. Further, when the amount of V-O defects in the first interface 6 is increased, the reverse recovery current when the PIN diode 10 is turned off can be reduced.

上記したように、第２界面１２における酸素濃度は、２．０×１０^１６ｃｍ^−３〜５．０×１０^１６ｃｍ^−３に調整されている。この範囲内であれば、ＰＩＮダイオード１０をオフしたときに、第２界面１２の近傍においてもキャリアを再結合させることができる。また、この範囲内であれば、ＰＩＮダイオード１０をオフしたときに第２界面１２の近傍に存在するキャリアが、急速に消失することを抑制することができる。すなわち、逆回復電荷を低減させることができるとともに、サージ電圧が上昇することも抑制することができる。また、上記したように、カソード領域１５は、ｎ型不純物中濃度領域１４とｎ型不純物高濃度領域１６を有している。そのため、ＰＩＮダイオード１０をオフしたときに、第１界面６から高抵抗領域８に向けて伸びる空乏層が、ｎ型不純物高濃度領域１６にまで至らず、ｎ型不純物中濃度領域１４内で停止する。ＰＩＮダイオード１０がオフしてから暫くの間、キャリアがｎ型不純物中濃度領域１４内に残存することができるので、リカバリー電流の変化を緩やかにすることができる。その結果、サージ電圧が発生することを抑制することができる。 As described above, the oxygen concentration at the second interface 12 is adjusted to 2.0 × 10 ¹⁶ cm ^{−3 to} 5.0 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ . Within this range, carriers can be recombined even in the vicinity of the second interface 12 when the PIN diode 10 is turned off. Moreover, if it is in this range, when the PIN diode 10 is turned off, it can suppress that the carrier which exists in the vicinity of the 2nd interface 12 lose | disappears rapidly. That is, the reverse recovery charge can be reduced and the surge voltage can be suppressed from increasing. Further, as described above, the cathode region 15 has the n-type impurity medium concentration region 14 and the n-type impurity high concentration region 16. Therefore, when the PIN diode 10 is turned off, the depletion layer extending from the first interface 6 toward the high resistance region 8 does not reach the n-type impurity high concentration region 16 and stops in the n-type impurity medium concentration region 14. To do. Since carriers can remain in the n-type impurity medium concentration region 14 for a while after the PIN diode 10 is turned off, the change in the recovery current can be moderated. As a result, generation of a surge voltage can be suppressed.

従来のＰＩＮダイオードでは、逆回復電荷を低減させるために、表面と裏面に局所的にＶ−Ｖ欠陥を形成していた。そのため、逆回復電荷を低減させると、リーク電流が増加するという不具合が生じた。しかしながら、ＰＩＮダイオード１０は、高抵抗領域８の全体にＶ−Ｏ欠陥を形成しているので、逆回復電荷を低減させてもリーク電流が発生しにくい。また、アノード領域４側（第１界面６）からカソード領域１５側（第２界面１２）に向けてＶ−Ｏ欠陥の濃度が単調減少しているので、ＰＩＮダイオード１０をオフしたときに、高抵抗領域８の第２界面１２側に存在するキャリアの消失を緩やかにしながら、逆回復電荷を低減させることができる。 In conventional PIN diodes, VV defects are locally formed on the front and back surfaces in order to reduce reverse recovery charge. Therefore, when the reverse recovery charge is reduced, there is a problem that the leakage current increases. However, since the PIN diode 10 has a VO defect formed in the entire high resistance region 8, even if the reverse recovery charge is reduced, a leak current is hardly generated. In addition, since the concentration of VO defects monotonously decreases from the anode region 4 side (first interface 6) to the cathode region 15 side (second interface 12), when the PIN diode 10 is turned off, the concentration increases. The reverse recovery charge can be reduced while gradual disappearance of carriers existing on the second interface 12 side of the resistance region 8.

ここで、図４〜図６を参照し、高抵抗領域８に含まれる酸素の濃度分布を変化させたときの、ＰＩＮダイオードの特性の変化に関するシミュレーション結果を説明する。図４は、本シミュレーションにおける高抵抗領域８に含まれる酸素の濃度分布を示す。なお、本シミュレーションでは、酸素の濃度分布に応じて、Ｖ−Ｏ欠陥が形成されている。グラフの横軸は半導体層１７の表面（アノード領域４側）からの距離（単位：μｍ）を示しており、数値が大きくなるほど裏面（カソード領域１５側）に近づいている。本シミュレーションでは、横軸の１００μｍの位置が第２界面１２を示している。グラフの縦軸は酸素濃度（単位：ｃｍ^−３）を示している。 Here, with reference to FIG. 4 to FIG. 6, simulation results regarding changes in the characteristics of the PIN diode when the concentration distribution of oxygen contained in the high resistance region 8 is changed will be described. FIG. 4 shows the concentration distribution of oxygen contained in the high resistance region 8 in this simulation. In this simulation, VO defects are formed in accordance with the oxygen concentration distribution. The horizontal axis of the graph indicates the distance (unit: μm) from the surface of the semiconductor layer 17 (on the anode region 4 side), and the closer the value is, the closer to the back surface (on the cathode region 15 side). In this simulation, the position of 100 μm on the horizontal axis indicates the second interface 12. The vertical axis of the graph represents the oxygen concentration (unit: cm ⁻³ ).

曲線５０は、第２界面１２に酸素が含まれておらず、酸素濃度の最大値が２．０×１０^１７ｃｍ^−３を超えている。曲線５１は、第２界面１２の酸素濃度が４．０×１０^１６ｃｍ^−３であり、酸素濃度の最大値が２．０×１０^１７ｃｍ^−３である。曲線５２は、第２界面１２の酸素濃度が５．５×１０^１６ｃｍ^−３であり、酸素濃度の最大値が０．９×１０^１７ｃｍ^−３である。すなわち、曲線５０は第１界面６側に酸素が極端に偏っている例を示し、曲線５２は半導体層１７内の酸素濃度があまりにも均一化している例を示し、曲線５１は第１界面６側に酸素がほどよく偏っている例を示す。なお、曲線５０，５１，５２ともに、半導体層１７内に含まれている酸素の総量は等しい。 In the curve 50, the second interface 12 does not contain oxygen, and the maximum value of the oxygen concentration exceeds 2.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ . In the curve 51, the oxygen concentration of the second interface 12 is 4.0 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ and the maximum value of the oxygen concentration is 2.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ . In the curve 52, the oxygen concentration of the second interface 12 is 5.5 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ , and the maximum value of the oxygen concentration is 0.9 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ . That is, the curve 50 shows an example in which oxygen is extremely biased toward the first interface 6, the curve 52 shows an example in which the oxygen concentration in the semiconductor layer 17 is too uniform, and the curve 51 shows the first interface 6. An example where oxygen is moderately biased to the side is shown. It should be noted that the total amount of oxygen contained in the semiconductor layer 17 is the same for the curves 50, 51 and 52.

図５は、ＰＩＮダイオードをオフしたときの逆回復電流を示す。グラフの横軸はダイオードをオフしてからの時間（単位：秒）を示し、縦軸は逆回復電流（単位：Ａ）を示している。曲線５０ａ，５１ａ，５２ａは、夫々図４の曲線５０．５１，５２の酸素濃度分布を有するＰＩＮダイオードの結果を示している。縦軸の数値「０」を水平に伸ばした直線と夫々の曲線５０ａ，５１ａ，５２ａで囲まれた面積が、逆回復電荷に相当する。 FIG. 5 shows the reverse recovery current when the PIN diode is turned off. The horizontal axis of the graph represents the time (unit: second) since the diode was turned off, and the vertical axis represents the reverse recovery current (unit: A). Curves 50a, 51a, and 52a show the results of the PIN diode having the oxygen concentration distributions of curves 50.51 and 52 in FIG. 4, respectively. The area surrounded by the straight line obtained by horizontally extending the numerical value “0” on the vertical axis and the respective curves 50a, 51a, 52a corresponds to the reverse recovery charge.

図５に示すように、曲線５２ａ，５１ａ，５０ａの順に逆回復電荷が増加している。すなわち、高抵抗領域８において、酸素が偏在しているほど、逆回復電荷が増加する。特に、高抵抗領域８とカソード領域１５の界面１２に酸素が含まれていないと、高抵抗領域８内に含まれる酸素の量が等しくても（高抵抗領域８内のＶ−Ｏ欠陥の量が等しくても）、逆回復電荷が増加する（曲線５０ａを参照）。 As shown in FIG. 5, the reverse recovery charge increases in the order of the curves 52a, 51a, and 50a. That is, in the high resistance region 8, the reverse recovery charge increases as oxygen is unevenly distributed. In particular, if oxygen is not contained in the interface 12 between the high resistance region 8 and the cathode region 15, even if the amount of oxygen contained in the high resistance region 8 is equal (the amount of VO defects in the high resistance region 8). The reverse recovery charge increases (see curve 50a).

図６は、ＰＩＮダイオードをオフしたときの電圧を示す。グラフの横軸はダイオードをオフしてからの時間（単位：秒）を示し、縦軸はアノード電極２とカソード電極１８の間の電圧（単位：Ｖ）を示している。曲線５０ｂ，５１ｂ，５２ｂは、夫々図４の曲線５０．５１，５２の酸素濃度分布を有するＰＩＮダイオードの結果を示している。各曲線５０ｂ．５１ｂ，５２ｂの最大値と６５０Ｖとの差が、サージ電圧に相当する。 FIG. 6 shows the voltage when the PIN diode is turned off. The horizontal axis of the graph represents the time (unit: second) since the diode was turned off, and the vertical axis represents the voltage (unit: V) between the anode electrode 2 and the cathode electrode 18. Curves 50b, 51b, and 52b show the results of the PIN diode having the oxygen concentration distributions of curves 50.51 and 52 in FIG. 4, respectively. Each curve 50b. The difference between the maximum value of 51b and 52b and 650V corresponds to the surge voltage.

曲線５０ｂと５１ｂを比較すると、サージ電圧は、曲線５１ｂよりも５０ｂの方が大きい。Ｖ−Ｏ欠陥が第１界面６の近傍に極端に偏在していると、サージ電圧が上昇する。また、曲線５１ｂと５２ｂを比較すると、半導体層１７内の酸素濃度があまりにも均一化していても、サージ電圧が上昇する。なお、上記したように、酸素の総量は、曲線５０，５１，５２で等しい。高抵抗領域８に形成されるＶ−Ｏ欠陥の総量は曲線５０，５１，５２で等しいので、リーク電流の大きさは、曲線５０，５１，５２で等しい。 When the curves 50b and 51b are compared, the surge voltage is greater in the 50b than in the curve 51b. When the V-O defect is extremely unevenly distributed in the vicinity of the first interface 6, the surge voltage increases. Further, when the curves 51b and 52b are compared, the surge voltage rises even if the oxygen concentration in the semiconductor layer 17 is too uniform. As described above, the total amount of oxygen is equal in the curves 50, 51, 52. Since the total amount of VO defects formed in the high resistance region 8 is the same in the curves 50, 51 and 52, the magnitude of the leakage current is the same in the curves 50, 51 and 52.

上記したように、第１界面６側に酸素が極端に偏っていると、逆回復電荷が増加し、サージ電圧も上昇する。一方、半導体層１７内の酸素濃度があまりにも均一化していると、サージ電圧が上昇する。第１界面６側に酸素がほどよく偏っていると、逆回復電荷を低減させることができ、さらに、サージ電圧の上昇も抑制することができる。 As described above, when oxygen is extremely biased toward the first interface 6, the reverse recovery charge increases and the surge voltage also increases. On the other hand, if the oxygen concentration in the semiconductor layer 17 is too uniform, the surge voltage rises. If oxygen is moderately biased toward the first interface 6, the reverse recovery charge can be reduced, and the surge voltage can be suppressed from increasing.

図７は、第１界面６の酸素濃度を変化させたときの逆回復電荷及びサージ電圧の変化を示す。グラフの横軸は第１界面６の酸素濃度（ｃｍ^−３）を示す、グラフの左側の縦軸は逆回復電荷（μＣ）を示し、右側の縦軸はサージ電圧（Ｖ）を示す。曲線６０は逆回復電荷を示し、曲線６１はサージ電圧を示す。なお、本シミュレーションでは、第１界面６の酸素濃度が変化しても、高抵抗領域８に含まれる酸素の総量は等しい。すなわち、第１界面６の酸素濃度を濃くした場合、他の部分の酸素濃度を薄くすることにより、高抵抗領域８に含まれる酸素の総量を等しくしている。 FIG. 7 shows changes in reverse recovery charge and surge voltage when the oxygen concentration of the first interface 6 is changed. The horizontal axis of the graph indicates the oxygen concentration (cm ⁻³ ) of the first interface 6, the vertical axis on the left side of the graph indicates reverse recovery charge (μC), and the vertical axis on the right side indicates the surge voltage (V). Curve 60 shows the reverse recovery charge and curve 61 shows the surge voltage. In this simulation, even if the oxygen concentration at the first interface 6 changes, the total amount of oxygen contained in the high resistance region 8 is equal. That is, when the oxygen concentration of the first interface 6 is increased, the total amount of oxygen contained in the high resistance region 8 is made equal by decreasing the oxygen concentration of other portions.

曲線６０に示すように、第１界面６の酸素濃度が濃くなるに従って、逆回復電荷が増加している。この結果は、高抵抗領域８内においてＶ−Ｏ欠陥が偏在して形成されていると、逆回復電荷が増加することを示している。また、曲線６１に示すように、第１界面６の酸素濃度が２．０×１０^１７ｃｍ^−３以下の範囲では、酸素濃度が濃くなるに従って、サージ電圧が減少している。しかしながら、第１界面６の酸素濃度が２．０×１０^１７ｃｍ^−３を超えると、酸素濃度が濃くなるに従って、サージ電圧が上昇している。すなわち、第１界面６の酸素濃度が２．０×１０^１７ｃｍ^−３を超えると、酸素濃度が濃くなるに従って、逆回復電荷の増加とともにサージ電圧も上昇する。そのため、第１界面６の酸素濃度を２．０×１０^１７ｃｍ^−３よりも濃くするメリットがない。一方、第１界面６の酸素濃度が２．０×１０^１７ｃｍ^−３以下の範囲では、酸素濃度が濃くなるに従って、逆回復電荷は増加するもののサージ電圧を低減することができる。よって、第１界面６の酸素濃度は、２．０×１０^１７ｃｍ^−３以下であることが好ましい。なお、第１界面６の酸素濃度を１．０×１０^１７ｃｍ^−３未満にすると、サージ電圧が、第１界面６の酸素濃度が８．０×１０^１７ｃｍ^−３のときの結果と同程度まで上昇する。すなわち、図６の曲線５０ｂと同程度のサージ電圧にまで上昇する。よって、第１界面６の酸素濃度は、１．０×１０^１７ｃｍ^−３以上であることが好ましい。 As shown by the curve 60, the reverse recovery charge increases as the oxygen concentration at the first interface 6 increases. This result shows that the reverse recovery charge increases when VO defects are formed unevenly in the high resistance region 8. Further, as shown by the curve 61, the surge voltage decreases as the oxygen concentration increases in the range where the oxygen concentration at the first interface 6 is 2.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ or less. However, when the oxygen concentration of the first interface 6 exceeds 2.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ , the surge voltage increases as the oxygen concentration increases. That is, when the oxygen concentration of the first interface 6 exceeds 2.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ , the surge voltage increases as the reverse recovery charge increases as the oxygen concentration increases. Therefore, there is no merit to make the oxygen concentration of the first interface 6 higher than 2.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ . On the other hand, in the range where the oxygen concentration of the first interface 6 is 2.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ or less, the reverse recovery charge increases as the oxygen concentration increases, but the surge voltage can be reduced. Therefore, the oxygen concentration of the first interface 6 is preferably 2.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ or less. When the oxygen concentration at the first interface 6 is less than 1.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ , the surge voltage is the same as the result when the oxygen concentration at the first interface 6 is 8.0 × 10 ¹⁷ cm ^−3. Rises to a degree. That is, the surge voltage increases to the same level as the curve 50b in FIG. Therefore, the oxygen concentration of the first interface 6 is preferably 1.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ or more.

図８は、第２界面１２の酸素濃度を変化させたときの逆回復電荷及びサージ電圧の変化を示す。グラフの横軸は第２界面１２の酸素濃度（ｃｍ^−３）を示す、グラフの左側の縦軸は逆回復電荷（μＣ）を示し、右側の縦軸はサージ電圧（Ｖ）を示す。曲線７０は逆回復電荷を示し、曲線７１はサージ電圧を示す。なお、本シミュレーションでは、第２界面１２の酸素濃度が変化しても、高抵抗領域８に含まれる酸素の総量は等しい。すなわち、第２界面１２の酸素濃度を濃くした場合、他の部分の酸素濃度を薄くすることにより、高抵抗領域８に含まれる酸素の総量を等しくしている。 FIG. 8 shows changes in reverse recovery charge and surge voltage when the oxygen concentration of the second interface 12 is changed. The horizontal axis of the graph indicates the oxygen concentration (cm ⁻³ ) of the second interface 12, the vertical axis on the left side of the graph indicates reverse recovery charge (μC), and the vertical axis on the right side indicates the surge voltage (V). Curve 70 shows reverse recovery charge and curve 71 shows surge voltage. In this simulation, even if the oxygen concentration at the second interface 12 changes, the total amount of oxygen contained in the high resistance region 8 is equal. That is, when the oxygen concentration of the second interface 12 is increased, the total amount of oxygen contained in the high resistance region 8 is made equal by decreasing the oxygen concentration of other portions.

曲線７０に示すように、第２界面１２の酸素濃度が濃くなるに従って、逆回復電荷が低減している。この結果は、第２界面１２の酸素濃度が濃くするに従って、相対的に第１界面６の酸素濃度が薄くなり、高抵抗領域８に含まれる酸素の濃度が均一化されるためである。そのため、逆回復電荷を低減させるためには、第２界面１２の酸素濃度を濃くすることが好ましい。また、第２界面１２の酸素濃度が５．０×１０^１６ｃｍ^−３以下の範囲では、酸素濃度が濃くなるに従って、サージ電圧も低減する傾向がみられる。しかしながら、第２界面１２の酸素濃度が５．０×１０^１６ｃｍ^−３を越えると、サージ電圧が急激に上昇している。そのため、第２界面１２の酸素濃度は、５．０×１０^１６ｃｍ^−３以下であることが好ましい。なお、第２界面１２の酸素濃度が２．０×１０^１６ｃｍ^−３未満の場合、第２界面１２の酸素濃度が５．０×１０^１６ｃｍ^−３を越えたときと同程度のサージ電圧となる。そのため、第２界面１２の酸素濃度は、２．０×１０^１６ｃｍ^−３以上であることが好ましい。 As shown by the curve 70, the reverse recovery charge decreases as the oxygen concentration at the second interface 12 increases. This result is because the oxygen concentration of the first interface 6 is relatively decreased as the oxygen concentration of the second interface 12 is increased, and the concentration of oxygen contained in the high resistance region 8 is made uniform. Therefore, in order to reduce the reverse recovery charge, it is preferable to increase the oxygen concentration of the second interface 12. Moreover, when the oxygen concentration of the second interface 12 is in the range of 5.0 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ or less, the surge voltage tends to decrease as the oxygen concentration increases. However, when the oxygen concentration of the second interface 12 exceeds 5.0 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ , the surge voltage increases rapidly. Therefore, the oxygen concentration at the second interface 12 is preferably 5.0 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ or less. When the oxygen concentration at the second interface 12 is less than 2.0 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ , the surge voltage is the same as when the oxygen concentration at the second interface 12 exceeds 5.0 × 10 ¹⁶ cm ^−3. It becomes. Therefore, the oxygen concentration at the second interface 12 is preferably 2.0 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ or more.

図９は、本実施例のＰＩＮダイオードにおける半導体層１７内の酸素の濃度分布及び結晶欠陥の濃度分布を示す。本実施例のＰＩＮダイオードの形状は、実施例１のＰＩＮダイオード１０の形状と同じである（図１も参照）。曲線２６は酸素濃度プロファイルを示し、曲線３０はＶ−Ｏ欠陥の濃度プロファイルを示し、曲線３２はＶ−Ｖ欠陥の濃度プロファイルを示す。曲線２６，３０は、図３に示す曲線と同一である。すなわち、本実施例のＰＩＮダイオードは、実施例１のＰＩＮダイオード１０の半導体層１７内に、Ｖ−Ｏ欠陥に加えて、Ｖ−Ｖ欠陥が形成されている。なお、Ｖ−Ｖ欠陥の濃度は、第１界面６で最大値を示している。 FIG. 9 shows the concentration distribution of oxygen and the concentration distribution of crystal defects in the semiconductor layer 17 in the PIN diode of this example. The shape of the PIN diode of this embodiment is the same as that of the PIN diode 10 of Embodiment 1 (see also FIG. 1). A curve 26 shows an oxygen concentration profile, a curve 30 shows a concentration profile of VO defects, and a curve 32 shows a concentration profile of VV defects. The curves 26 and 30 are the same as the curves shown in FIG. That is, in the PIN diode of this example, VV defects are formed in the semiconductor layer 17 of the PIN diode 10 of Example 1 in addition to VO defects. Note that the concentration of VV defects has a maximum value at the first interface 6.

高抵抗領域８内にＶ−Ｏ欠陥に加えてＶ−Ｖ欠陥を形成すると、実施例１のＰＩＮダイオードよりも、結晶欠陥の総量が多くなり、逆回復電荷をより低減させることができる。なお、本実施例のＰＩＮダイオードは、荷電子粒子を透過させてＶ−Ｏ欠陥を形成する工程とは別に、荷電子粒子を第１界面６の近傍に留まるように照射することにより形成することができる。あるいは、半導体層１７の裏面から荷電子粒子が第１界面の近傍に留まるように荷電子粒子を照射してもよい。後者の場合、半導体層１７の裏面から荷電子粒子が留まった範囲まではＶ−Ｏ欠陥が形成され、荷電子粒子が留まった箇所にＶ−Ｖ欠陥が形成される。 When a VV defect is formed in the high resistance region 8 in addition to a VO defect, the total amount of crystal defects is larger than that of the PIN diode of Example 1, and the reverse recovery charge can be further reduced. In addition, the PIN diode of the present embodiment is formed by irradiating the valence particles so as to remain in the vicinity of the first interface 6 separately from the step of forming VO defects by transmitting the valence particles. Can do. Alternatively, the valence particles may be irradiated from the back surface of the semiconductor layer 17 so that the valence particles remain in the vicinity of the first interface. In the latter case, V—O defects are formed from the back surface of the semiconductor layer 17 to the area where the valence particles remain, and V-V defects are formed where the valence particles remain.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、変更したものが含まれる。また、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合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合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の目的を同時に達成し得るものであり、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。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. In addition, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in the present specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

４：アノード領域
６：第１界面
８：高抵抗領域
１０：ＰＩＮダイオード
１２：第２界面
１５：カソード領域 4: anode region 6: first interface 8: high resistance region 10: PIN diode 12: second interface 15: cathode region

Claims

A PIN diode having a high resistance region between an anode region and a cathode region,
The distance from the first interface where the anode region and the high resistance region are in contact to the second interface where the cathode region and the high resistance region are in contact is 50 μm or more,
Oxygen is contained throughout the high resistance region,
The concentration of the oxygen, with a maximum value in the first field plane monotonically decreases toward the cathode region, 2.0 × in the second surface ¹⁰ 16 ^{cm -3} or more at 5.0 × ¹⁰ 16 cm ^{- 3} or less,
Oite the high resistance region, the density of complex defects vacancies and oxygen is bound and are PIN diode according to the concentration of the oxygen.

2. The PIN diode according to claim 1, wherein the concentration of oxygen at the maximum value is 1.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ or more and 2.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ or less.

The PIN diode according to claim 1 or 2, wherein the oxygen concentration shows a maximum value at the first interface.

The PIN diode according to any one of claims 1 to 3, wherein a multi-hole defect is further formed in a high resistance region in the vicinity of the first interface.

A PIN diode having a high resistance region between an anode region and a cathode region,
The distance from the first interface where the anode region and the high resistance region are in contact to the second interface where the cathode region and the high resistance region are in contact is 50 μm or more,
Oxygen is contained throughout the high resistance region,
The oxygen concentration is higher at the first interface than at the second interface, and the oxygen concentration is monotonously decreasing from the position where the oxygen concentration shows the maximum value toward the cathode region, and 2.0 × 10 6 at the second interface. ^１６16 cm ^−３-3 This is 5.0 × 10 ^１６16 cm ^−３-3 And
A PIN diode in which a density of complex defects in which atomic vacancies and oxygen are combined in the high resistance region depends on the oxygen concentration.