EDD－10－93

SPC－10－150

横型SOI高速ダイオードの逆回復動作におけるダイナミックアバラン

シェ現象の解析とその抑制構造の検討

山本　貴生＊　　加藤　久登　　戸倉　規仁（㈱デンソー）

中川　明夫（中川コンサルティング事務所）

AnalysisofdynamicavalanchephenomenoninSOIlateralhighSpeeddiodeduringreverserecovery

andproposalofnoveldevicestructuresuppresslngthedynamicavalanche

Takao％mamoto＊，HisatoKato，NorihitoTbkura（DENSOCORPORATION）

andAkioNakagawa（NakngawaConsultingOffice）

WehavestudiedthedynamicavalanchephenomenoninSOHateraldiodeduringthereverserecoveryusing

mixed一mOdedevicesimulation．Itisfoundthatthelocalizedimpactionizationoccursneartheanode－Side丘eld

oxideedge，WhereahighdensityofholecurrentflowsandahighelectriC丘eldappearssimultaneOuSly・We

propose，forthe丘rsttime，thatthep・tyPeanOdeextensionreglOnalongthetrenchside－Walleffbctivelysweep

out the stored carriers beneath the anode prdifEusionlayer during the reverse recovery，reSultinginthe

reductionoftheelectriC丘eldandtheremarknblesuppressionofthedynamicavalanche．Theanodeextension

reglOn does notcause anylnCreaSein anodeinjectione臨ciencylntheforwardbias operation・Thus，the

proposed SOIlateraldiode structureis promlSlngaS a highspeed andhighlyrugged diodein the next

generationmicro－inverters・

キーワード：インバータ，SOI，横型ダイオード，逆回復，ダイナミックアバランシェ，デバイスシミュレーション

（Inverter，SOI，LateralDiode，Reverserecovery，Dynamicavalanche，Devicesimulation）

1．はじめに

1軸m程度の厚膜シリコン層を持つSOI基板を使用し，

横型ダイオード（LDiode），LIGBT，及び制御回路等をト

レンチ分離技術によりモノリシック化したSOIインバータ

ICが開発され（1，2），実用化されている。SOIインバータIC

のハイパワー化や高効率化を図るためには，LDiode　と

LIGBTを低オン電圧化，高速化することが必要である。

図1に，インバータに使用される一般的な高速ダイオー

ドの逆回復（リカバリ）動作の模式的な波形を示す。ダイ

オードのアノード電流hは、まず順方向電流IFを通電した

後，リカバリ動作に移る。リカバリ特性に関する性能指標

は，設定されたdi／dt条件における逆回復電荷Qrr，逆回復

時間trr，そして逆回復ピーク電流IMであり（3），共に小さ

くすることが求められる。

LDiodeや高速化するには，まずQrrを小さくする必要が

ある。そのためには，順方向動作時のアノード注入効率を

低く設計することが必要で，p■／p＋ァノード構造を採用す

ることで可能になる（4－6）。また，trrを短縮するには，LIGBT

time

図1ダイオードの一般的なリカバリ動作波形，実線：

ダイナミックアバランシェなし，点線：ダイナミックア

バランシェあり

を高速動作させ，di／dtを大きくすることで可能になるが，

同時にIRMも増加する。さらにdi／dtを大きくすると，ダイ

－　57　一

2010／11／29◎2010IEEJapan

ナミックアバランシェ（3）に起因する2ndpeakが現れると共

にIMの増加が顕著になり（6），破壊に至るという問題があ

る。中川らの報告では，6セルからなる素子面積0．74mm2

のLDiodeのリカバリ特性は，電源電圧Vcc，順方向電流IF，

di／dtがそれぞれ300V，5A（電流密度は約650A／cm2），

．30A／psecの時，IRM，trrはそれぞれ5．5A，300nsecと良

好な高速特性を示しているが，リカバリ波形には1stpeak

よりも高い2ndpeakが現れている（2）。

リカバリ動作時のデバイス内部の動作解析やダイナミッ

クアバランシェ現象（3）に関して，縦型ダイオードの報告例は

多いが（7），SOI型LDiodeの報告例は極めて少なく（6），ダイ

ナミックアバランシェに関して詳しく論じられていない。

本報告では，デバイスシミュレータを使用して，まず従

来構造のSOI型LDiodeについてリカバリ特性を計算し，

ダイナミックアバランシェが顕在化する時のデバイス内部

の動作を詳しく解析した。次に，この解析と理解に基づい

てダイナミックアバランシェを抑制する新しい構造を提案

し，その効果をシミュレーションで検証した。

2．従来型SOILDiodeのリカバリ動作解析

く2・1〉デバイス構造とシミュレーション解析

まず，図2（a）に従来技術に基づいてLDiodeとLIGBTを

SOI基板に集積したデバイスの概略構造図を示す。定格耐

圧600Vを想定し，n‾シリコン層の厚さと埋め込み酸化膜

（BOx）の厚さを，それぞれ15pm，叫mに設定した。デ

バイス表面の電界緩和には，Scro11－ShapedResistiveField

Plate（SRFP）8）を想定した構造を採用し，高速化のために，

LDiodeのアノードには低濃度pウエルと高濃度p＋層から

なる低注入効率のp‾／p＋アノード構造を採用した（5）。

図2（b）に，シミュレーションに使用したLDiodeのデバ

イス構造を示す。耐圧600Vを得るため，n‾ドリフト層の

！て　　　　1．mdc　　　　　＞」＜　　　　　　L氾BT　　　　　＞；

（b）

図2　従来型LDiodeとLIGBTのデバイス構造，（a）

LDi。deとLIGBTをSOI基板上に集積したデバイス構造，

（b）シミュレーションに用いたLDiode構造

図3　LDiodeとLIGPTからなるリカバリ特性評価の

ための回路構成（Mixed－mOdesimulation）

横幅と不純物濃度を，それぞれ9軸m，7×1014cm‾3に設定

した。また，順方向電流2A時の電流密度を報告例（2）の650A

／cm2に等しくするため，奥行き（AreaFactor）を3．4mm

に設定し，LDiodeの総面積を0．31mm2とした。p‾／p十ア

ノード構造については，低濃度pクエル内に高濃度p＋層を

形成し，アノード電極にコンタクトする低濃度pウエル表

面と高濃度p＋層表面の面積比は3：1に設定した。一方，LIGBTの構造は，n‾ドリフト層の構造はLDiode

と同様とし，ゲート酸化膜厚を80nm，LIGBTの総面積を

LDiodeに対して6．9倍の2．16mm2に設定した。

図3に，LDiodeのリカバリ特性の解析を行うための

Mixed－mOdeシミュレーションの回路構成を示し，図2に

示したLIGBTでLDiodeを駆動する。電源電圧Vcc＝280V，

負荷インダクタンス＝5mH，ゲート抵抗Rgはアノード電流

IAのdi／dtに応じて設定した。スイッチング動作のシーケン

スは，ゲートにダブルパルスを印加し，1stpulseの立ち下

がりでIJI）iodeにフリーホイーリング電流を供給し，2nd

pulseの立ち上がりでLDiodeをリカバリ動作させ，その時

の過渡特性を解析した。シミュレータはDESSIS（9）を使用し

た。

〈2・2〉シミュレーション結果とリカバリ動作解析

図4に，従来型LI）iodeのリカバリ特性を示す。Osecで，

軸を介してLIGBTのゲートにステップ電圧を印加する。

Rg＝1．5kE2の場合，ターンオン前の時刻tl（＝10nsec）にお

いて，LDiodeに2Aのフリーホイーリング電流が流れてい

る。約40nsec経過後LIGBTがターンオンし，LDiodeのア

ノード電流IAは－80A／LLSeCのdi／dtで減少する特性を示し

た。他方，Rg＝3kE2の場合，di／dtは－43A／psecであり，

Rgの設定によりdi／dtを可変できることを確認した。なお，

図4に示したRg＝3knの場合の波形は，便宜上左方向へ

40nsecシフトさせてあり，IAが低下を始める時刻が約

40nsecになるように操作して示してある。

1．5k臼の場合，IAは115nsec付近でピーク値を取るが，

その形状が歪んでいることからダイナミックアバランシェ

が発生していると考えられる。リカバリ動作時のIAは，空

乏化によりn‾ドリフト層に蓄積されたキャリアの排出と，

一　58　－

図4　従来型LDiodeのリカバリ特性，dudtは－80A／LLSeC

（Rg＝1．5kE2），－43A／LLSeC（Rg＝3kn）

ダイナミックアバランシェによりデバイス内部で新たに生

成されたキャリアの供給の和で与えられる。そこで，n‾ド

リフト層に蓄積されたホールの掃き出しのみによる電流ピークを調べるために，DESSISのPhysicsの一項目である

衝突イオン化（ImpactIonization）機能をオフにした条件

にて計算し，結果を図4に示す。図より，IAはt2（＝112nsec）

でシャープなどーク波形を呈することが確認された。これ

に対し，衝突イオン化機能をオンにした場合の波形はt2に

おいて変曲点を呈しており，この点をlstpeak（＝－1．57A，

112nsec）と見なした。

衝突イオン化機能をオンにした場合の，lstpeak以降の

波形は，5nsec経過したt3（＝117nsec）において最大値を

取ることから，これを2ndpeak（＝・1．59A）と判断した。

その後，IAは370nsecまで単調減少する。一方，3knの場

合，t2’（＝148nsec）で1stpeak（＝－1．14A）を取るが，2nd

peakは発生せず475nsecまで単調減少する。なお，図4に

示したアノード電圧VAXの波形は，約－200Vにおいて折線

的に変化するが，これはLIGBTのターンオン特性に起因し

ている。

Rg＝1．5kE2の場合に発生する2ndpeakはダイナミックア

バランシェに起因すると考えられるが，そのメカニズムを

詳しく調べるために，図4に示した6つの時刻tl（ON状

態，2．OA），t2（1stpeak，－1．57A），t3（2ndpeak，－1．59A），

t4（テール初期，－0．76A），t5（テール中央，－0．40A），t6（OFF

状態，OA）において，6つのパラメーター電位Ⅴ，衝突イ

オン化率Ⅰ．Ⅰ．，電界強度E，ホール濃度Np，およびホール

電流密度JpLに着目してLDiodeの内部状態を分析し，そ

の結果を図5に二次元マップで，図6に点AにおけるE，

Jp及びⅠエの時間変化をグラフで示す。

2ndpeakを挟むt2～t4の期間に注目すると，図5の電位

分布等の変化から，空乏化はまず低濃度pクエルからBOx

界面に向かって拡がるが，2ndpeak一のt3においても5pm

程度であり，空乏層の拡がりは遅い。このため，t3における

電界強度分布は低濃度pウエルのコーナ部からフィールド

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図5　tl～t6における従来型LDiodeのアノード領域の電位，衝突イオン化率，電界強度，ホール濃度，およびホール

電流密度分布の時間変化，dudt＝－80A／LIS（Rg＝1．5kE2）

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図6　従来型LDiodeのA点における電界強度E，ホー

ル電流密度Jp，衝突イオン化率Ⅰ上の時間変化，

di／dt＝－80A／甚S（Rg＝1．5kE2）

酸化膜端部にかけて集中し，A点のシリコン表面で2．90×

105V／cmに達する。また，t3におけるホール電流密度分布

は，n‾ドリフト層から掃き出されたホールが，低濃度pウ

エルに向かって集中して流れ，A点のシリコン表面で2．35

×105A／cm2に達する。この結果，t3においてA点で1．70×

1027pairs／sec・cm3の衝突イオン化が発生し，これがダイナ

ミックアバランシェの原因であることが明らかになった。

t4付近でBOxに到達した空乏層は，その後はカソード方

向に向きを変え，BOxに並行に拡がる。図6から，ダイナ

ミックアバランシェが発生するのはt2～t4の期間に限られ

ているが，その直接の原因はA点がこの期間だけ高電界に

なり，衝突イオン化率が著しく高くなるためであった。

テール中央部のt5（＝300nsec）においても，A点のホー

ル電流密度が6．13×104A／cm2と極めて高い値を保っている

理由は，蓄積ホールが継続してA点を通過してアノードへ

掃き出されるからである。しかし，電界強度が7．07×

104V／cmまで低下することで衝突イオン化は激減し，ダイ

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ナミックアバランシェは発生していない。一方で，Rg＝3kE2の場合，図4に示す1st peakのt2’

（＝148nsec，一1．14A）とテール初期のt4，（＝180nsec，－0．75A）

におけるLDiodeの内部状態を，EとⅠ．I．のみについて図7

に示す。図7のt2’及び図5のt3におけるEとⅠ．Ⅰ．の比較か

ら，Eは2．90×105V／cmから1．78×105V／cmへ約2／3に低

下し，I．Ⅰ．は1．70×1027pairs／sec・cm3から1．02×

1025pairs／sec・cm3へ約2桁減少する。これらの減少は，di／dt

が一80A小Sから－43A小Sへ約1／2緩和したことに因る。

3．ダイナミックアバランシェの制御

LDiodeのリカバリ動作におけるダイナミックアバラン

シェの制御について考える。＜2．2＞より，ダイナミックアバ

ランシェが発生する条件は，図5に示す様に，A点におい

て高いホール電流密度と高い電界強度が同時に発生するこ

とであることが確認された。高速ダイオードを実現するた

めには，高いdiノdtにおいても，A点におけるEを低く抑え

ることが最も効果的であると考えられる。

〈3・1〉　ダイナミックアバランシェ抑制の考え方

LDiodeのアノード領域の構造を工夫することで，リカバ

リ過程におけるA点の電界を緩和する方法を検討する。図

5に示す電位分布等の時間変化から，従来型LDiodeの空乏

化は図8に示す実線の夫印①～⑤の順で進行し，これは図5

の時刻t2～t6に対応する。図5に示す電位分布の推移から

空乏化は二段階で進行し，①→②→③は縦方向，③→④→

⑤は横方向に進む。

ここで，もし，点線の矢印①～⑤の順で直線的に進行さ

せることができれば，空乏化を遠くすることができる。す

なわち，リカバリ時に一次元ダイオードと等価な動作をさ

せるという考え方である。著者らは，図8に示すようにト

レンチ側面にp型のアノード延長領域を配置することで，一次元ダイオードと等価な動作が実現できると考えた。

図7　t2，とt4，における従来型LDiode内部の衝突イオン化

率と電界強度分布の時間変化，dudt＝－43A／LIS（Rg＝3kn）

－　60　－

Anodee裏ensionrぢ辞On

図8　p型アノード延長領域を付加し，一次元ダイオー

ド構造に近づけたLDiode構造と空乏化過程の促進

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〈3・2〉アノード延長型SOILDiodeの提案

図9に，シミュレーションに用いたアノード延長領域を

備えたSOILDiode（以下，アノード延長型LDiode）のデ

バイス構造を示す。アノード延長領域の表面不純物濃度と

厚さは1×1020cm‾3，1Ltm（Type－I）に設定した。なお，P

型のアノード延長領域を除けば，図2（b）の従来型LDiode

と同一構造である。シミュレーション解析の要領は＜2．1＞と

同様であり，LDiodeとLIGBTを組み合わせてリカバリ特

性解析を行った。

rathode An（ld亡

図9　シミュレーションに用いたアノード延長型

LDiodeの構造

〈3・3〉シミュレーション結果とリカバリ動作解析

図10に，アノード延長型LDiodeのリカバリ特性を，従

来型LDiode（図4の波形）と比較して示す。ただし，di／dt

－　　　　lmle＝lヾヾヾ）

図10　アノード延長型LDiodeと従来型LDiodeのリカ

バリ特性比較，di／dt＝－80A／LLSeC（Rg＝1．5kE2）

は－80A／psec（Rg＝1．5kE2）の場合のみとした。

図10より，アノード延長型の1stpeakはt2”（＝103nsec，

－1．51A）であり，従来型のt2（＝112nsec，－1．57A）よりも

9nsecだけ早いが，t2，，までのアノード電流波形はほぼ重な

る。t2”以降，両者の波形は分離し，従来型は2nd peakの

t3（＝117nsec，－1．59A）まで増加し，その後減少に転じる。

一方，アノード延長型はt2”以降単調減少するが，5nsec後

のt3”（＝108nsec，－1．49A）で変曲点を取る。この変曲点を

2ndpeakと見なした。両者のQrrは184nC，205nCであ

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図11　tl～t6におけるアノード延長型LDiodeのアノード領域の電位，衝突イオン化率，電界強度，ホール濃度，

およびホール電流密度分布の時間変化，dudt＝－80A小S（Rg＝1．5kE2）

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図12　アノード延長型LDiodeのA点における電界強度

E，ホール電流密度Jp，衝突イオン化率Ⅰ．Ⅰ．の時間変化，

di／dt＝－80A／甚S（Rg＝1．5kE2）

り，アノード延長構造により，衝突イオン化による新たな

キャリア生成が21nCだけ低減されることが分かった。

次に，＜2．2＞と同じ要領で，アノード延長型LDiodeのリ

カバリ動作について，6つの時刻－tl～t6－と6つのパラメ

ーターⅤ，Ⅰ．Ⅰ．，E，Np，Jp一に着目して内部状態を分析し

た結果を，図11に二次元マップで，図12に点Aにおける

E，Jp及びⅠエの時間変化をグラフで示す。

アノード延長型のt2”～t4の期間に着目すると，図11の

電位分布等の変化から，t2”（＝103nsec）において既にアノ

ード延長領域からn‾ドリフト層に向かって空乏層が5．軸m

拡がっている。5nsec後，2ndpeakのt3，，（＝108nsec）に

おいては，空乏層は横方向に9．叫m拡がっており，約

0．旬m／nsecの速度で，リカバリ開始と同時に急速に空乏化

することが分かった。また，t3’’におけるA点のE，Jp及び

Ⅰエは，それぞれ2．11×105V／cm，1．76×105A／cm2及び6．95

×1025pairs／sec・cm3であり，図5に示した従来型LDiode

と比べると，Eは0．8×105V／cmだけ減少し，Jpは3／4に，

Ⅰ．Ⅰ．は1／24に大幅に減少した。

さらに，E，Ⅰ上の時間変化を図6と図12で比較すると，

ピーク値が低下するだけでなく，大きな値を取る期間も短

縮している。即ち，2ndpeakが著しく小さくなったのは，

アノード延長領域の働きによりリカバリ初期の空乏化が促

進され，A点の電界強度が減少し，衝突イオン化率が大幅

に低下してダイナミックアバランシェが抑制されたことに

因ると結論づけられる。

テール初期のt4（＝200nsec，－0．65A）において，図11

より，空乏層は約3叫mに拡がり，電界緩和はさらに進ん

でいるが，A点のJpは1．10×105A／cm2と極めて高い状態

が続き，図5に示した従来型LDiodeと同様に，継続して蓄

積ホールがA点を通過してアノードへ掃き出されている。

ピークから十分時間が経過したt5（＝300nsec，－0．35A）に

おいては，図5と図11の比較から両者の差は小さい。

4．アノード延長領域のデバイス物理

＜3．3＞では，アノード延長型LDiodeの一例について詳細に

分析した。ここでは，アノード延長領域とデバイス動作の

関係をデバイス物理に基づいて考察し，さらにリカバリ特

性に与えるアノード延長領域の構造依存性について明らか

にする。

く4・1〉アノード延長領域とアノード注入効率の関係

図8に示すように，従来構造のLDiodeにp型のアノー

ド延長領域を付加することは，p‾／p十アノード構造の低注

入効率化を阻害する可能性があり，逆回復電荷Qrrの増加

が懸念される。

そこで，まず図5と図11に示した時刻tl（＝10nsec）に

おける順バイアス時のホール濃度分布を，図13（a），仏）に再

掲する。順方向電流IFは共に2．02Aに設定されており，こ

の時の順方向電圧VFはそれぞれ2．18V，2．16Vで殆ど等し

い。図13（a），（b）より，全体的にはアノード近傍のホール濃

度分布はほぼ等しく，B点のホール濃度Npも共に1．8×

1017／cm3で等しい。ホール濃度が大きく異なるのは，トレ

ンチ側壁の近傍のみである。

（a） （b）

図13　tlにおけるアノード付近のホール濃度分布の比

較，（a）従来型LDiode，（b）アノード延長型LDiode

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図14　順バイアス時の順方向電圧降下VF，B点のホール濃度Np，逆回復電荷Qrrのアノード延長領域の

位置依存性

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また，図13（b）よりp型のアノード延長領域（1×1020cm－3）

とnAドリフト層（7×1014cm‾3）からなるpn接合面におい

て，ホール濃度差が2桁以上あり，かつホールの濃度勾配

も殆ど無いことから少数キャリア注入は生じていない。図

13（b）のC－D線に沿ったホールの擬フェルミポテンシャル

の変化も殆ど無いことからも裏付けられた。

次に，アノード延長領域（1×1020cm－3）の構造が注入効

率を増加させない条件を明らかにするために，アノード延

長領域の位置をトレンチから0～14．5匹mの範囲で移動させ

た場合のシミュレーション解析を行った。図14に，3つの

パラメーター順方向電圧降下VF，B点のホール濃度Np，

逆回復電荷Qrr－の位置依存性を示す。図14より，軸mま

では変化が僅かであるが，これを越えるとVF及びQrrが増

加する。従って，トレンチ側壁～高濃度p＋層の範囲にアノード延長領域を配置する必要がある。

く4・2〉アノード延長領域とp‾／p十アノード構造の関係

拡散でキャリア伝導が支配される順バイアス条件下で

は，図13から，アノード領域においてはp‾／p＋ァノード

構造がキャリア注入現象を支配しており，低濃度pウェル

より奥に位置するアノード延長領域は，キャリア伝導に寄

与しない。一方，ドリフトでキャリア伝導が支配される逆バイアス

のリカバリ動作条件下では，アノード延長領域がアノードp

層として働くため一次元ダイオード構造と見なせる。そし

て，リカバリの初期段階において，トレンチ近傍～アノー

ド下部に蓄積したホールはアノード延長領域に速やかに掃

き出されて空乏化し，その後のnlドリフト層の空乏化が早

く開始すると共に，蓄積ホールは低濃度pウエルに掃き出

される。この結果，電界の上昇が緩和されてダイナミック

アバランシェが抑制される。すなわち，アノード延長領域

は，順バイアスと逆バイアスでキャリア伝導への関わり方

が異なることを利用し，リカバリ初期過程のごく短時間の

みデバイス動作に関与してダイナミックアバランシェを抑

制するという巧妙なメカニズムを生み出している。

次に，低濃度pウエルとアノード延長領域がデバイス動

作に与える影響を詳しく分析するために，p‾／p＋ァノード

構造の低注入効率を機能させない条件1低濃度pウェルを

（a） （b）

図15　低濃度pウエルをアノード電極に接続しない場合

の順バイアス時のホール濃度分私（a）従来型LDiode，

（b）アノード延長型LDiode

アノード電極に接続しない（open）設定一の下で，従来型

とアノード延長型の順バイアスにおけるホール濃度分布を

対比して図15（a），（b）に示す。順方向電流IFは共に2．02A

に設定されている。この時の電圧降下VFはそれぞれ1．76V，

1．78Vで殆ど等しい。デバイス内部において，B点のホール

濃度Npは，それぞれ8．0×1017／cm3，6．75×1017／cm3でほ

ぼ等しく，B点から左側の領域におけるホール濃度分布も

ほぼ等しい。図13（a），O））に示したNp（＝1．6×1017／cm3）

と比べると4倍以上の高濃度である。一方，図15（a），払）

に示すB点から右側の領域において，トレンチ近傍のホー

ル濃度は，（a）よりも払）の方が低い。これは，p型のアノー

ド延長領域とn▼ドリフト層からなるpn接合が順バイアス

されないために，ホール注入が起こらないことが原因であ

る。

これらの結果から，アノードの注入効率はアノード延長領

域の有無によらずp‾／p＋ァノード構造で決定されること

が明らかになった。そして，アノード延長領域は，順バイ

アス時の静特性と逆バイアス時のリカバリ特性を共に損な

うことなく，大きなd〟dtの下でもダイナミックアバランシ

エの発生を押さえ，これに伴うQrrの増加も抑制される。

く4・3〉アノード延長領域のドーピング条件の影響

図9に示したLDiode構造において，アノード延長領域の

表面不純物濃度と厚さを取pe－Ⅰ（1×1020cm‾3，lpm）から

Type－P（1×1018cm－3，3pm）に変えた場合のリカバリ特性

の変化を図16に示す。図より，Type－IとType－Pの1st

peak（t2”，103nsec）を比較すると0．09Aと僅かな増加で

あった。またtlにおけるType－PのIF，VF Npがそれぞれ

2・02A，2・18V，1・59×1017cm‾3であり，図13（b）に示すType－Ⅰ

とほぼ等しかった。一方，2ndpeak（t3”，108nsec）の増

加も0．07Aと僅かであり，取pe－Pにおいてもダイナミック

アバランシェは十分に抑制されており，リカバリ特性はア

ノード延長領域のドーピング条件に殆ど影響されないこと

が明らかになった。

図16　アノード延長領域のドーピング条件がリカバリ特

性に与える影響，Type－Ⅰ：1×1020cmJ3／lpm，Type・P：

1×1018cm‾3／3LLm，di／dt＝－80A小sec（Rg＝1．5kE2）

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3，4章においては，LDiodeのシリコン層表面からBOx

界面に至る長いアノード延長領域を備えたデバイス構造を

解析対象としたが，明らかになったアノード延長領域の効

果は，BOxまで届かない短いアノード延長領域の場合でも，

相応の効果が期待できる。一例として，低濃度pクエルの

トレンチ側にdeepPクエルを追加した構造が，ダイナミッ

クアバランシェの抑制に有効であることが実験により検証

されている（10）。

5．まとめ

デバイスシミュレーションを使用して，従来技術で構成

したSOILDiodeを大きなdi／dtでリカバリ動作させた時に

発生するダイナミックアバランシェ現象を詳しく分析し

た。その結果，従来構造では，リカバリ開始直後において，

アノード領域に蓄積したホールの抜けが悪く空乏化が遅

れ，アノード領域の電界強度が高くなり，アノード側のフ

ィールド酸化膜端部のシリコン表面（A点）において，高

密度の衝突イオン化が発生することがダイナミックアバラ

ンシェの原因であることを明らかにした。

この理解に基づいて，リカバリ開始直後にアノード領域

の空乏化を促進することを狙ってトレンチ側壁にp型アノード延長領域を付加した構造を提案し，デバイスシミュレ

ーションを使用してダイナミックアバランシェを効果的に

抑制できることを初めて明らかにした。そして，p型アノー

ド延長領域とp‾／p＋アノード構造を組み合わせたアノー

ド延長型LDiodeは，ダイナミックアバランシェを発生する

ことなく，高速スイッチング動作に適した構造であること

を示した。

謝辞

本研究を進める上で，常に支援を頂いている加藤之啓常

務，岩森則行部長，並びに白木聡室長に感謝いたします。

また，議論をして頂いた高橋茂樹，蛭間淳之の両氏に謝意

を表します。

文　　　献

（1）A，Nakagawa：“ImpactofDielectricIsolatlOnTbchnologyonPower

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（2）A．Nakagawa，H．Funaki，Y Yamaguchi，and F．Suzuki：

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（3）パワーデバイス・パワーICハンドブック，オーム社，電気学会編，p．84，

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（4）平山，舟木，山口，中川．「横型SOI高速ダイオードの逆回復特性」，

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（5）A．Nakagawa，H．Funakl，Y．Yamaguchi，andK．Hirayama‥“Design

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（6）H．Funakl，YYamaguchi，K．Hirayama，andA．Nakagawa‘Lateral

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（9）ISETCAI）ReleaselO．ODESSIS（2005）

（10）鈴木，木村，櫻井，高橋，白木，戸倉，杉山．「アノード構造を改良

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子デバイス／半導体電力変換合同研究会資料，EDD－10－094／

SPC－10－151（2010－11－29）