发明内容
本发明的目的在于提供一种可软恢复的快速恢复二极管以及该二极管的制作方法。
一种快恢复二极管,包括一N型高掺杂硅衬底、一第一N型掺杂半导体层、一第二N型掺杂半导体层、一二极管阳极层,所述第一N型掺杂半导体层位于第二N型掺杂半导体层和N型高掺杂硅衬底之间,所述第一N型掺杂半导体层的掺杂浓度低于第二N型掺杂半导体层的掺杂浓度。
一种快恢复二极管的制作方法,包括:
在一N型高掺杂硅衬底上制作低掺杂外延,以形成一第一N型掺杂半导体层;
在所述第一N型掺杂半导体层上制作一处延,以形成一第二N型掺杂半导体层,其中所述第一N型掺杂半导体层的掺杂浓度低于第二N型掺杂半导体层的掺杂浓度;以及
在所述第二N型掺杂半导体层注入P型杂质再扩散形成二极管阳极层。
上述快恢复二极管及其制作方法通过改变第一N型掺杂半导体层的掺杂浓度,以形成“PNN-N+”结构,其中第一N型掺杂半导体层的掺杂浓度比第二N型掺杂半导体层的掺杂浓度低,于是形成一个NN-结。当所述快恢复二极管反偏时,由于NN-结势垒的存在,将阻碍电子的反向抽取,从而提高该区域的载流子浓度,使快恢复二极管在反向恢复时能够提供足够的载流子浓度,以维持电流下降的软度。
具体实施方式
请参考图2,本发明快恢复二极管的较佳实施方式包括一N型高掺杂硅衬底111、一第一N型掺杂半导体层112、一第二N型掺杂半导体层123、一二极管阳极层134,所述第一N型掺杂半导体层112位于第二N型掺杂半导体层123和N型高掺杂硅衬底111之间。其中所述第一N型掺杂半导体层112的宽度为5μm至50μm、掺杂浓度为5e12/cm3-5e14/cm3。所述第二N型掺杂半导体层123的掺杂浓度ND与第二N型掺杂半导体层123的宽度d满足公式(1):
其中公式(1)中εr为硅的介电常数,ε0为真空介电常数,e指的是单个电子电量,VR为正常工作的反偏电压,EBV为临界击穿场强。
据上所述,所述第二N型掺杂半导体层123的宽度d则满足公式(2):
上述快恢复二极管通过改变第一N型掺杂半导体层112的掺杂浓度,以形成“PNN-N+”结构。其中第一N型掺杂半导体层112的掺杂浓度比第二N型掺杂半导体层123的掺杂浓度低,于是形成一个NN-结。当所述快恢复二极管反偏时,由于NN-结势垒的存在,将阻碍电子的反向抽取,从而提高该区域的载流子浓度,使快恢复二极管在反向恢复时能够提供足够的载流子浓度,以维持电流下降的软度。从上面的描述可以看出,只要第一N型掺杂半导体层112位于第二N型掺杂半导体层123和N型高掺杂硅衬底111之间,且所述第一N型掺杂半导体层112的掺杂浓度低于第二N型掺杂半导体层123的掺杂浓度即可实现维持电流下降的软度的目的。
请继续参考图3及图4,其示出了三种快恢复二极管的反向恢复电流波形图及反向恢复电压波形图,其中曲线A1表示第二N型掺杂半导体层掺杂浓度为3e14/cm3、第一N型掺杂半导体层掺杂浓度为5e14/cm3的快恢复二极管的反向恢复电流波形图及反向恢复电压波形图,曲线B1表示第二N型掺杂半导体层掺杂浓度为3e14/cm3、第一N型掺杂半导体层掺杂浓度为3e14/cm3的快恢复二极管的反向恢复电流波形图及反向恢复电压波形图,曲线C1表示第二N型掺杂半导体层掺杂浓度为3e14/cm3、第一N型掺杂半导体层掺杂浓度为5e13/cm3的快恢复二极管的反向恢复电流波形图及反向恢复电压波形图。上述三个快恢复二极管的第二N型掺杂半导体层的宽度均为35μm,第一N型掺杂半导体层的宽度均为25μm。从图3及图4中可以看出,上述第三种快恢复二极管的反向恢复电流软度及反向恢复电压相对于第一种及第二种快恢复二极管得到了一定程度的改善。
请继续参考图5及图6,其示出了另外三种快恢复二极管的反向恢复电流波形图及反向恢复电压波形图,其中曲线A2表示第二N型掺杂半导体层掺杂浓度为1e15/cm3、第一N型掺杂半导体层掺杂浓度为2e15/cm3的快恢复二极管的反向恢复电流波形图及反向恢复电压波形图,曲线B2表示第二N型掺杂半导体层掺杂浓度为1e15/cm3、第一N型掺杂半导体层掺杂浓度为1e15/cm3的快恢复二极管的反向恢复电流波形图及反向恢复电压波形图,曲线C2表示第二N型掺杂半导体层掺杂浓度为1e15/cm3、第一N型掺杂半导体层掺杂浓度为5e14/cm3的快恢复二极管的反向恢复电流波形图及反向恢复电压波形图。上述三种快恢复二极管的第二N型掺杂半导体层与第一N型掺杂半导体层的宽度均为5μm。从图5及图6中可以看出,上述第三种快恢复二极管的反向恢复电流软度及反向恢复电压相对于第一种及第二种快恢复二极管得到了一定程度的改善。
图7及图8中曲线A3表示第二N型掺杂半导体层掺杂浓度为2e13/cm3、第一N型掺杂半导体层掺杂浓度为5e13/cm3的快恢复二极管的反向恢复电流波形图及反向恢复电压波形图,曲线B3表示第二N型掺杂半导体层掺杂浓度为2e13/cm3、第一N型掺杂半导体层掺杂浓度为2e13/cm3的快恢复二极管的反向恢复电流波形图及反向恢复电压波形图,曲线C3表示第二N型掺杂半导体层掺杂浓度为2e13/cm3、第一N型掺杂半导体层掺杂浓度为1e13/cm3的快恢复二极管的反向恢复电流波形图及反向恢复电压波形图。上述三个快恢复二极管的第二N型掺杂半导体层与第一N型掺杂半导体层的宽度均为50μm。从图7及图8中可以看出,上述第三种快恢复二极管的反向恢复电流软度及反向恢复电压相对于第一种及第二种快恢复二极管得到了一定程度的改善。
从上面的描述可以看出,上述快恢复二极管的第二N型掺杂半导体层的掺杂浓度需保证快恢复二极管在其工作电压下,耗尽层的宽度小于第二N型掺杂半导体层的宽度,同时不能使快恢复二极管在小于额定电压的偏置条件下被击穿。
请参考图9,本发明快恢复二极管的制作方法的较佳实施方式包括以下步骤:
步骤S51:在N型高掺杂硅衬底111上制作低掺杂外延,以形成一第一N型掺杂半导体层112,其中所述第一N型掺杂半导体层112的宽度在5μm-50μm范围内,掺杂浓度在5e12/cm3-5e14/cm3范围内。
步骤S52:在第一N型掺杂半导体层112上继续制作处延,以形成一第二N型掺杂半导体层123,其中所述第二N型掺杂半导体层123的掺杂浓度ND及宽度d满足以下公式:
其中。
步骤S53:在第二N型掺杂半导体层123注入P型杂质再扩散形成二极管阳极层134。
当然,步骤S53之后,尚需要进行例如载流子寿命控制、正面金属以及背面金属等步骤。由于其与现有的二极管相同,因此在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。