二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種二極管，并且尤其涉及要求擊穿電壓高和導(dǎo)通電阻低的二極管。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常已經(jīng)采用硅（Si)作為制造功率半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體材料。然而，低損耗、高 擊穿電壓和高操作速度的這種性能已接近于硅半導(dǎo)體元件的理論極限。
[0003] 將帶隙大于硅的半導(dǎo)體稱為"寬帶隙半導(dǎo)體"。由于寬帶隙半導(dǎo)體，所以期望 顯著改善功率半導(dǎo)體元件的性能。例如，諸如碳化硅（SiC)或者氮化鎵（GaN)的寬帶 隙半導(dǎo)體作為功率半導(dǎo)體的材料已引起注意。例如，YoshitomoHatakeyama,Kazuki Nomoto,NaokiKaneda,ToshihiroKawano,TomoyoshiMishima,TohruNakamura，在 2011 年 12 月IEEEELECT0NDEVICELETTERS,Vol. 32,No. 12,pp. 1674-1676 中"Over3. 0GW/ cm2Figure-〇f-MeritGaNp-nJunctionDiodesonFree-StandingGaNSubstrates, 〃中 已報(bào)告了形成在無(wú)支撐GaN襯底上的p-n結(jié)二極管的導(dǎo)通電阻特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 關(guān)于功率二極管，導(dǎo)通電阻和擊穿電壓是用于評(píng)估二極管的主要特性。導(dǎo)通電阻 可以用于在二極管操作期間評(píng)估二極管中的傳導(dǎo)損耗。然而，基于導(dǎo)通電阻難以評(píng)估二極 管中的開(kāi)關(guān)損耗。通過(guò)用適當(dāng)?shù)姆椒ㄔu(píng)估二極管的開(kāi)關(guān)特性，能夠?qū)崿F(xiàn)具有更好開(kāi)關(guān)特性 的二極管。
[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)良開(kāi)關(guān)特性的二極管。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的二極管包括有源層和用于向該有源層施加正向電壓和 反向電壓的第一和第二電極。在經(jīng)由第一和第二電極向有源層施加正向電壓時(shí)的二極管的 正向電流-電壓特性中，在與電流密度Jf對(duì)應(yīng)的電流值中的電壓關(guān)于電流的變化被定義為 正向?qū)娮鑂，電流密度Jf通過(guò)將有源層的電導(dǎo)率〇 (單位：S/mm)乘以電場(chǎng)強(qiáng)度50(單 位：V/mm)得到。在經(jīng)由第一和第二電極向有源層施加反向電壓時(shí)的二極管的反向電流-電 壓特性中，與電流密度Jr對(duì)應(yīng)的電壓被定義為反向阻斷電壓(單位：V)，電流密度Jr 與電流密度Jf的1〇_5倍一樣高。利用雙脈沖方法，通過(guò)在以下條件下：(a)反向電壓Vr: 2/3XVfiW，（b)關(guān)斷速度（di/dt) :-200(A/ys)和（c)二極管電流I的積分范圍：從二極管 電流I穿過(guò)0的時(shí)間點(diǎn)直到二極管電流I恢復(fù)至反向電流峰值的10%的時(shí)間點(diǎn)，對(duì)二極管 電流I積分得到的電荷定義為二極管的響應(yīng)電荷Q。在25°C的測(cè)量溫度下，正向?qū)娮?R和響應(yīng)電荷Q的乘積R.Q滿足R.Q彡0. 25XV_2的關(guān)系。在這里，R的單位是mQ，Q 的單位是nC。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面的二極管包括有源層和用于向該有源層施加正向電壓 和反向電壓的第一和第二電極。在經(jīng)由第一和第二電極向有源層施加正向電壓時(shí)的二極 管的正向電流-電壓特性中，在電流密度Jf為3(單位：A/mm2)時(shí)的電壓關(guān)于電流的變化 被定義為正向?qū)娮鑂，電流密度Jf通過(guò)將正向電流的值除以結(jié)界面面積得到。在經(jīng)由 第一和第二電極向有源層施加反向電壓時(shí)的二極管的反向電流-電壓特性中，與密度Jr對(duì)應(yīng)的電壓被定義為反向阻斷電壓(單位：V)，密度Jr與電流密度Jf的1(T5倍一樣 高。利用雙脈沖方法，通過(guò)在以下條件下：(a)反向電壓Vrd/^XVgj^，（b)關(guān)斷速度（di/ dt) :-200 (A/ys)和（c)二極管電流I的積分范圍：從二極管電流I穿過(guò)0的時(shí)間點(diǎn)直到二 極管電流I恢復(fù)至反向電流峰值的10%的時(shí)間點(diǎn)，對(duì)二極管電流I積分得到的電荷被定義 為二極管的響應(yīng)電荷Q。在25°C的測(cè)量溫度下，正向?qū)娮鑂和響應(yīng)電荷Q的乘積R?Q 滿足R?Q彡0. 25XVfiW2的關(guān)系。在這里，R的單位是，Q的單位是nC。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供具有優(yōu)良開(kāi)關(guān)特性的二極管。
[0009] 結(jié)合附圖，從本發(fā)明的下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述的和其它目的、特征、方面 和優(yōu)勢(shì)將變得更加明顯。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是示意性示出根據(jù)第一實(shí)施例的二極管的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0011] 圖2是示出二極管的正向電流-電壓特性的一個(gè)實(shí)例的圖。
[0012] 圖3是示出用于測(cè)量二極管的正向電流-電壓特性的配置的一個(gè)實(shí)例的圖。
[0013] 圖4是示出二極管的反向電流-電壓特性的一個(gè)實(shí)例的圖。
[0014] 圖5是示出用于測(cè)量二極管的反向電流-反向電壓特性的配置的一個(gè)實(shí)例的圖。
[0015] 圖6是示出用于執(zhí)行雙脈沖方法的測(cè)試二極管的電路的示意性配置的圖。
[0016] 圖7是舉例說(shuō)明用圖6示出的測(cè)試電路520得到的二極管1的反向恢復(fù)特性的波 形圖。
[0017] 圖8是示出實(shí)例1-1(600V級(jí)阻斷電壓器件）和實(shí)例1-2(1200V級(jí)阻斷電壓器件） 中的每一個(gè)中的五種樣品的導(dǎo)通電阻R-響應(yīng)電荷Q特性的圖。
[0018] 圖9是示出根據(jù)實(shí)例1-1和1-2的樣品的RQ乘積-Vp_特性的圖。
[0019]圖10是示出根據(jù)實(shí)例1-3和1-4的樣品的GR寬度-反向阻斷電壓特性的圖。
[0020] 圖11是示出根據(jù)實(shí)例1-3和1-4的樣品的GR寬度-響應(yīng)電荷Q特性的圖。
[0021] 圖12是示出RQ乘積-反向阻斷電壓V_特性的GR寬度依賴性的圖。
[0022] 圖13是示出圖12中所示的比例因子A的GR寬度依賴性的圖。
[0023] 圖14是示意性示出根據(jù)第二實(shí)施例的二極管的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0024] 圖15是示出根據(jù)實(shí)例2-1 (150V級(jí)阻斷電壓器件）、實(shí)例2-2 (80V級(jí)阻斷電壓器 件）和實(shí)例2-3(40V級(jí)阻斷電壓器件）的樣品的導(dǎo)通電阻R-響應(yīng)電荷Q特性的圖。
[0025] 圖16是示出根據(jù)實(shí)例2-1至2-3的樣品的RQ乘積-VfiW特性的圖。
[0026] 圖17是示出RQ乘積-反向阻斷電壓V_特性的GR寬度依賴性的圖。
[0027] 圖18是示意性示出根據(jù)第四實(shí)施例的二極管的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0028] 圖19是示出根據(jù)實(shí)例4-1 (600V級(jí)阻斷電壓器件）和實(shí)例4-2 (1200V級(jí)阻斷電壓 器件）的樣品的導(dǎo)通電阻R-響應(yīng)電荷Q特性的圖。
[0029] 圖20是示出根據(jù)實(shí)例4-1和4-2的樣品的RQ乘積-VfiW特性的圖。
[0030] 圖21是示出根據(jù)實(shí)例5-1和5-2的樣品的FP寬度-反向阻斷電壓特性的圖。
[0031] 圖22是示出根據(jù)實(shí)例5-1和5-2的樣品的FP寬度-響應(yīng)電荷Q特性的圖。
[0032]圖23是示出RQ乘積-反向阻斷電壓V_特性的FP寬度依賴性的圖。
[0033] 圖24是示出圖23中所示的比例因子A的FP寬度依賴性的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034][該發(fā)明的實(shí)施例的描述]
[0035] 首先將列出并描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0036] (1)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的二極管包括有源層和用于向該有源層施加正向電 壓和反向電壓的第一和第二電極。在經(jīng)由第一和第二電極向有源層施加正向電壓時(shí)的二極 管的正向電流_電壓特性中，在與電流密度Jf對(duì)應(yīng)的電流值中的電壓關(guān)于電流的變化被定 義為正向?qū)娮鑂，電流密度Jf通過(guò)將有源層的電導(dǎo)率〇 (單位：S/mm)乘以電場(chǎng)強(qiáng)度 50 (單位：V/mm)得到。在經(jīng)由第一和第二電極向有源層施加反向電壓時(shí)的二極管的反向電 流-電壓特性中，與電流密度Jr對(duì)應(yīng)的電壓被定義為反向阻斷電壓(單位：V)，電流密 度Jr與電流密度Jf的1(T5倍一樣高。利用雙脈沖方法，通過(guò)在以下條件下：(a)反向電壓 Vr:2/3XVPM，（b)關(guān)斷速度（di/dt) :-200(A/ys)和（c)二極管電流I的積分范圍：從二 極管電流I穿過(guò)〇的時(shí)間