二极管的制作方法

本发明涉及半导体功率器件技术领域，具体涉及一种二极管。

背景技术：

在电力电子领域，二极管，特别是快速恢复二极管(fastrecoverydiode，简称为frd)是电力电子电路(例如逆变器)中重要器件之一。因为快速恢复二极管不是理想开关器件，反向恢复过程中发生的snap-off(震荡)常常引起其损坏，甚至在反向电压低于静态击穿电压的条件下也会发生此现象。随着逆变器频率越来越高，frd承受的di/dt(单位时间内电流的变化)也越来越高，使其在反向恢复过程中更容易发生snap-off现象。随着电力系统应用的需求不断提升，快速恢复二极管正在向着更高电压、更大功率、更快速度的方向发展，反向恢复过程中的震荡可能会造成器件损坏或系统干扰。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种二极管，以解决现有技术中二极管在反向恢复过程中容易发生snap-off现象的问题。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明提供了一种二极管，包括：依次分布的阳极p区、阴极n-区和阴极n+区；其中，在所述n-区中设置有n型控制区，其中所述n型控制区的平均掺杂浓度大于所述n-区的平均掺杂浓度，所述n型控制区的厚度小于所述n-区的厚度。

可选地，所述n型控制区的平均掺杂浓度小于所述n+区的平均掺杂浓度。可选地，所述n型控制区的掺杂浓度为1e12～1e15cm^-3。

可选地，所述n型控制区的浓度分布方式包括以下至少之一：均匀分布、阶梯式分布、高斯分布。

可选地，所述n型控制区设置于距离所述二极管背面预定距离处，所述预定距离大于所述n+区的厚度。

可选地，所述预定距离为20～500um。

可选地，所述n型控制区的厚度为15～100um。

可选地，通过以下至少之一的方式生成所述n型控制区：在所述n-区的预设位置通过离子注入的方式生成所述n型控制区、在所述n-区的基础上通过外延增加的方式设置所述n型控制区。

本发明实施例技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供了一种二极管，包括依次分布的阳极p区、阴极n-区和阴极n+区；其中，在该n-区中设置有n型控制区，其中该n型控制区的掺杂浓度小于该n+区的掺杂浓度，并且大于该n-区的掺杂浓度，该n型控制区的厚度小于该n-区的厚度。二极管容易产生震荡的一个原因是电场的截止位置处缺少相应的载流子，从而造成电流的急剧变化而产生震荡，通过加入n型控制层可以控制电场的分布，从而使得电场截止的位置处仍然具有一定的载流子浓度，不会使电流发生急剧变化而产生震荡，从而解决了现有技术中二极管在反向恢复过程中容易发生snap-off现象的问题，延长了二极管的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是常规二极管的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的二极管的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的二极管的另一个结构示意图；

图4是根据本发明实施例n型控制层二极管的掺杂浓度分布形状示意图(1)；

图5是根据本发明实施例n型控制层二极管的掺杂浓度分布形状示意图(2)；

图6是根据本发明实施例n型控制层二极管的掺杂浓度分布形状示意图(3)；

图7是根据本发明实施例n型控制层二极管的掺杂浓度分布形状示意图(4)；

图8是4500v常规二极管的结构示意图；

图9是4500v常规二极管方向恢复曲线示意图；

图10是根据本发明实施例的具有n型控制层的4500v二极管结构示意图；

图11是根据本发明实施例的具有n型控制层的4500v二极管的反向恢复曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1表示常规二极管的结构，包括阳极(anode)p区01、衬底n-区02和阴极(cathode)n+区03。由于该二极管电场的截止位置处缺少相应的载流子，从而造成电流的急剧变化而产生震荡。

为了解决上述问题，在本实施例中提供了一种二极管，如图2所示，包括：依次分布的阳极p区11、阴极n-区12和阴极n+区13；其中，在n-区12中设置有n型控制区14，其中n型控制区14的平均掺杂浓度小于n+区13的平均掺杂浓度，并且大于n-区12的平均掺杂浓度，n型控制区14的厚度小于n-区12的厚度。

上述实施例中，通过在衬底一定位置设置具有一定浓度分布的n型控制层可以有效改善二极管在反向恢复过程中的电场分布，改善反向恢复过程中二极管内部载流子的分布，从而使得电场截止的位置处仍然具有一定的载流子浓度，不会使电流发生急剧变化而产生震荡，从而解决了现有技术中二极管在反向恢复过程中容易发生snap-off现象的问题，进而避免和消除了在反向恢复过程中常常出现的snap-off(震荡)现象，降低了二极管在开关过程中的失效率，延长了二极管的使用寿命。

在一个可选实施例中，n型控制区设置于距离二极管背面预定距离处，该预定距离大于n+区的厚度。在一个具体的可选实施例中，如图3所示，与二极管相比，该结构在距离二极管背面d1处引入一层厚度为d2的n型控制层，其中，位置：d1的大小为20～500um之间；厚度：d2的大小为15～100um之间；掺杂浓度大小：该n型控制层的掺杂浓度为1e12～1e15cm^-3之间。

上述n型控制区的浓度分布方式可以包括很多种，例如可以是均匀分布，如图4所示；也可以是阶梯式分布，如图5和图6所示；还可以是高斯分布，如图7所示。

生成该n型控制区的方式也可以包括很多种，下面对此进行举例说明。在一个可选实施例中，在该n-区的预设位置通过离子注入的方式生成该n型控制区。在另一个可选实施例中，在该n-区的基础上通过外延增加的方式设置该n型控制区。

下面以4500v电压等级二极管为例进行说明：

如图8所示，包括阳极(anode)p区21、衬底n-区22和阴极(cathode)n+区23；对于4500v电压等级二极管，其工作电压为2800v，其反向恢复过程如图9所示。从图9中可以看出，在二极管反向恢复的末期，出现了非常明显的snap-off现象。

为了避免上述常规二极管在反向恢复过程中出现的snap-off现象，本发明可选实施例，在常规二极管结构基础上，在距离背面d11的n-衬底区加入一层具有高斯浓度分布的n层控制层，其结构如图10所示，31是新型4500v二极管p区，32是新型4500v二极管n-区，33是新型4500v二极管n+区，34是新型4500v二极管n型控制区。其中n型控制层的厚度d22。采用该结构的二极管的反向恢复过程如图11所示，从图中可以发现，与常规frd结构相比，该结构二极管反向恢复曲线平滑，表明该结构可以有效消除frd反向恢复过程中常常出现的snap-off现象，从而降低了二极管在开关过程中的失效率。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。