二极管的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种二极管，并且尤其涉及要求击穿电压高和导通电阻低的二极管。
【背景技术】
[0002] 通常已经采用硅（Si)作为制造功率半导体元件的半导体材料。然而，低损耗、高 击穿电压和高操作速度的这种性能已接近于硅半导体元件的理论极限。
[0003] 将带隙大于硅的半导体称为"宽带隙半导体"。由于宽带隙半导体，所以期望 显著改善功率半导体元件的性能。例如，诸如碳化硅（SiC)或者氮化镓（GaN)的宽带 隙半导体作为功率半导体的材料已引起注意。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 已报告了形成在无支撑GaN衬底上的p-n结二极管的导通电阻特性。
【发明内容】
[0004] 关于功率二极管，导通电阻和击穿电压是用于评估二极管的主要特性。导通电阻 可以用于在二极管操作期间评估二极管中的传导损耗。然而，基于导通电阻难以评估二极 管中的开关损耗。通过用适当的方法评估二极管的开关特性，能够实现具有更好开关特性 的二极管。
[0005] 本发明的目的在于提供一种具有优良开关特性的二极管。
[0006] 根据本发明的一个方面的二极管包括有源层和用于向该有源层施加正向电压和 反向电压的第一和第二电极。在经由第一和第二电极向有源层施加正向电压时的二极管的 正向电流-电压特性中，在与电流密度Jf对应的电流值中的电压关于电流的变化被定义为 正向导通电阻R，电流密度Jf通过将有源层的电导率〇 (单位：S/mm)乘以电场强度50(单 位：V/mm)得到。在经由第一和第二电极向有源层施加反向电压时的二极管的反向电流-电 压特性中，与电流密度Jr对应的电压被定义为反向阻断电压(单位：V)，电流密度Jr 与电流密度Jf的1〇_5倍一样高。利用双脉冲方法，通过在以下条件下：(a)反向电压Vr: 2/3XVfiW，（b)关断速度（di/dt) :-200(A/ys)和（c)二极管电流I的积分范围：从二极管 电流I穿过0的时间点直到二极管电流I恢复至反向电流峰值的10%的时间点，对二极管 电流I积分得到的电荷定义为二极管的响应电荷Q。在25°C的测量温度下，正向导通电阻 R和响应电荷Q的乘积R.Q满足R.Q彡0. 25XV_2的关系。在这里，R的单位是mQ，Q 的单位是nC。
[0007] 根据本发明的另一个方面的二极管包括有源层和用于向该有源层施加正向电压 和反向电压的第一和第二电极。在经由第一和第二电极向有源层施加正向电压时的二极 管的正向电流-电压特性中，在电流密度Jf为3(单位：A/mm2)时的电压关于电流的变化 被定义为正向导通电阻R，电流密度Jf通过将正向电流的值除以结界面面积得到。在经由 第一和第二电极向有源层施加反向电压时的二极管的反向电流-电压特性中，与密度Jr对应的电压被定义为反向阻断电压(单位：V)，密度Jr与电流密度Jf的1(T5倍一样 高。利用双脉冲方法，通过在以下条件下：(a)反向电压Vrd/^XVgj^，（b)关断速度（di/ dt) :-200 (A/ys)和（c)二极管电流I的积分范围：从二极管电流I穿过0的时间点直到二 极管电流I恢复至反向电流峰值的10%的时间点，对二极管电流I积分得到的电荷被定义 为二极管的响应电荷Q。在25°C的测量温度下，正向导通电阻R和响应电荷Q的乘积R?Q 满足R?Q彡0. 25XVfiW2的关系。在这里，R的单位是，Q的单位是nC。
[0008] 根据本发明，能够提供具有优良开关特性的二极管。
[0009] 结合附图，从本发明的下面的详细描述，本发明的前述的和其它目的、特征、方面 和优势将变得更加明显。
【附图说明】
[0010] 图1是示意性示出根据第一实施例的二极管的结构的截面图。
[0011] 图2是示出二极管的正向电流-电压特性的一个实例的图。
[0012] 图3是示出用于测量二极管的正向电流-电压特性的配置的一个实例的图。
[0013] 图4是示出二极管的反向电流-电压特性的一个实例的图。
[0014] 图5是示出用于测量二极管的反向电流-反向电压特性的配置的一个实例的图。
[0015] 图6是示出用于执行双脉冲方法的测试二极管的电路的示意性配置的图。
[0016] 图7是举例说明用图6示出的测试电路520得到的二极管1的反向恢复特性的波 形图。
[0017] 图8是示出实例1-1(600V级阻断电压器件）和实例1-2(1200V级阻断电压器件） 中的每一个中的五种样品的导通电阻R-响应电荷Q特性的图。
[0018] 图9是示出根据实例1-1和1-2的样品的RQ乘积-Vp_特性的图。
[0019]图10是示出根据实例1-3和1-4的样品的GR宽度-反向阻断电压特性的图。
[0020] 图11是示出根据实例1-3和1-4的样品的GR宽度-响应电荷Q特性的图。
[0021] 图12是示出RQ乘积-反向阻断电压V_特性的GR宽度依赖性的图。
[0022] 图13是示出图12中所示的比例因子A的GR宽度依赖性的图。
[0023] 图14是示意性示出根据第二实施例的二极管的结构的截面图。
[0024] 图15是示出根据实例2-1 (150V级阻断电压器件）、实例2-2 (80V级阻断电压器 件）和实例2-3(40V级阻断电压器件）的样品的导通电阻R-响应电荷Q特性的图。
[0025] 图16是示出根据实例2-1至2-3的样品的RQ乘积-VfiW特性的图。
[0026] 图17是示出RQ乘积-反向阻断电压V_特性的GR宽度依赖性的图。
[0027] 图18是示意性示出根据第四实施例的二极管的结构的截面图。
[0028] 图19是示出根据实例4-1 (600V级阻断电压器件）和实例4-2 (1200V级阻断电压 器件）的样品的导通电阻R-响应电荷Q特性的图。
[0029] 图20是示出根据实例4-1和4-2的样品的RQ乘积-VfiW特性的图。
[0030] 图21是示出根据实例5-1和5-2的样品的FP宽度-反向阻断电压特性的图。
[0031] 图22是示出根据实例5-1和5-2的样品的FP宽度-响应电荷Q特性的图。
[0032]图23是示出RQ乘积-反向阻断电压V_特性的FP宽度依赖性的图。
[0033] 图24是示出图23中所示的比例因子A的FP宽度依赖性的图。
【具体实施方式】
[0034][该发明的实施例的描述]
[0035] 首先将列出并描述本发明的实施例。
[0036] (1)根据本发明的一个实施例的二极管包括有源层和用于向该有源层施加正向电 压和反向电压的第一和第二电极。在经由第一和第二电极向有源层施加正向电压时的二极 管的正向电流_电压特性中，在与电流密度Jf对应的电流值中的电压关于电流的变化被定 义为正向导通电阻R，电流密度Jf通过将有源层的电导率〇 (单位：S/mm)乘以电场强度 50 (单位：V/mm)得到。在经由第一和第二电极向有源层施加反向电压时的二极管的反向电 流-电压特性中，与电流密度Jr对应的电压被定义为反向阻断电压(单位：V)，电流密 度Jr与电流密度Jf的1(T5倍一样高。利用双脉冲方法，通过在以下条件下：(a)反向电压 Vr:2/3XVPM，（b)关断速度（di/dt) :-200(A/ys)和（c)二极管电流I的积分范围：从二 极管电流I穿过〇的时间