堆叠状的III-V族半导体二极管制造技术

一种包括或由GaAs组成的堆叠状的III

【技术实现步骤摘要】
堆叠状的III
‑
V族半导体二极管


[0001]本专利技术涉及一种堆叠状的III
‑
V族半导体二极管，其包括或由GaAs组成，具有高n掺杂的阴极层、高p掺杂的阳极层和布置在阴极层和阳极层之间的漂移区。

技术介绍

[0002]由德国Ashkinazi的《GaAs Power Devices》(ISBN 965
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7094
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19
‑
4，第8页和第9页)已知具有由砷化镓制成的p
+
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n
‑
n
+
结构的耐高压的半导体二极管。
[0003]其他堆叠状的III
‑
V族半导体二极管是从EP 3 321 971 B1中以及从EP 3 321 970 B1中已知的，其中，半导体二极管在漂移区与阴极或阳极之间具有附加的中间层。

技术实现思路

[0004]在此背景下，本专利技术的任务在于说明一种扩展现有技术的设备。
[0005]该任务通过具有根据本专利技术的特征的堆叠状的III
‑
V族半导体二极管来解决。本专利技术的有利构型是优选的实施方式。
[0006]在本专利技术的主题中，提供一种堆叠状的III
‑
V族半导体二极管，其包括GaAs或由GaAs组成且具有高n掺杂的阴极层、高p掺杂的阳极层和漂移区，所述漂移区布置在阴极层与阳极层之间且具有最高8
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10
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‑3的掺杂剂浓度。
[0007]漂移区具有低n掺杂的漂移层以及布置在所述n掺杂的漂移层和阳极层之间的低p掺杂的漂移层，其中，两个漂移层分别具有至少5μm的层厚。
[0008]阴极层具有带有至少1
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‑3或至少1
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‑3的恒定或至少基本上恒定的掺杂剂浓度的第一区段以及布置在第一区段和漂移区之间的第二区段。
[0009]第二区段具有至少1μm的层厚和在第一区段的方向上增加的掺杂剂浓度变化过程，该掺杂剂浓度变化过程增加直至掺杂剂浓度最大值。
[0010]第二区段的掺杂剂浓度最大值小于或等于第一区段的掺杂剂浓度。
[0011]可以理解，由GaAs组成或包括GaAs的半导体二极管的所有半导体层——即尤其是阴极层、阳极层和漂移区——分别由GaAs组成或至少包括GaAs。换句话说，III
‑
V族半导体二极管的每个半导体层都至少具有元素Ga和As。
[0012]半导体层优选地借助外延产生。在一种扩展方案中，阴极层或阳极层可以由衬底层构造。优选地，在衬底层上外延生长其他III
‑
V族半导体层，以便构造III
‑
V族半导体二极管。
[0013]替代地，III
‑
V族半导体二极管包括至少一个半导体键合(Halbleiterbond)。在此，将两个GaAs半导体盘或GaAs晶圆的表面接合在一起。
[0014]优选地，在外延期间引入相应GaAs半导体层的掺杂。优选地，借助MOVPE和/或LPE执行外延。
[0015]在一种扩展方案中，附加地在外延生长之后，或者替代地替代于在外延期间的引入，执行借助离子注入(Ionenimplantation)的掺杂。
[0016]此外，可以理解，半导体二极管优选地具有由其他材料制成的其他层，尤其是金属的连接接通层。连接接通层例如完全地或部分地由金属例如金或由金属合金制成，并且例如借助电子束蒸发(Elektronenstrahlverdampfung)或借助溅射(Sputtern)来产生。
[0017]至少阴极层以及阳极层的与连接接通层邻接的区域优选地具有高的掺杂剂浓度，以便构造尽可能低欧姆的接通并且保持半导体二极管的串联电阻或功率损耗为尽可能低。
[0018]漂移区的特征在于总宽度为至少10μm并且分为具有不同低掺杂的两个区域或层。
[0019]优选地，总宽度为至少20μm或至少40μm或至少60μm。总宽度分为弱p掺杂的和弱n掺杂的区域或层。
[0020]因此，p
‑
n结在漂移区内和具有非常低的掺杂剂浓度的区域中构造。
[0021]借助具有在第二阴极区段的方向上增加的掺杂剂浓度变化过程的第二阴极区段，构型在漂移区和阴极的第一区段的高掺杂剂浓度水平之间的过渡
[0022]由于在过渡区中在一个台阶、两个台阶或更多的台阶上逐步的掺杂剂浓度增加，因此可以制造具有显著改善的关断特性的二极管。将在二极管关断时电流/电压特性曲线中的振荡最小化。
[0023]另一优点是，借此可以实现如下的二极管：该二极管具有超过1100V或者甚至超过1200V的特别高的阻断电压、小的导通电阻以及特别低的单位面积电容。
[0024]在一种扩展方案中，将等电或等价中心构建到p掺杂的漂移层和/或阳极层中，以便提高开关速度、即在反向和正向之间的切换。
[0025]特别地，能够制造具有最高为800nC的反向恢复电荷(英：Reverse Recovery Charge)的二极管。
[0026]在第一扩展方案中，阳极层具有带有至少为1
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‑3的掺杂剂浓度的第一区段以及布置在第一区段和漂移区之间的第二区段。
[0027]第二区段具有至少1μm的层厚和在第一区段的方向上增加的掺杂剂浓度变化过程，该掺杂剂浓度变化过程增加直至掺杂剂浓度最大值。
[0028]第二区段的掺杂剂浓度最大值小于或等于第一区段的掺杂剂浓度。
[0029]借助阳极层的第二层段，将在漂移区与另一阳极层之间的掺杂剂浓度的过渡构型为逐步或连续地增加。
[0030]在一种实施方式中，阴极层和/或阳极层的第二区段的层厚为最高7μm或最高5μm或最高3μm。例如，低的层厚足以改善二极管的关断特性，而无需不必要地增加串联电阻。
[0031]在另一实施方式中，阴极层和/或阳极层的第二区段的掺杂剂浓度变化过程是凹地或凸地或线性地构造的。
[0032]在另一实施方式中，阴极层和/或阳极层的第二区段的掺杂剂浓度变化过程具有一个台阶或多个台阶，其中，在替代的扩展方案中，掺杂剂浓度变化过程的一个台阶或多个台阶或每个台阶具有凸的侧面(Flanke)或凹的侧面或线性的侧面。
[0033]在另一扩展方案中，每个台阶具有至少0.2μm或至少0.5μm的深度。
[0034]在另一实施方式中，掺杂剂浓度逐台阶地(von Stufe zu Stufe)变化至少5倍或至少10倍。
[0035]在另一实施方式中，阴极层的第一区段的掺杂剂浓度为至少8
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‑3或至少1
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19<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种堆叠状的半导体二极管(10)，所述堆叠状的半导体二极管包括GaAs或由GaAs组成，所述堆叠状的半导体二极管具有：高n掺杂的阴极层(12)，高p掺杂的阳极层(16)，和漂移区(14)，所述漂移区布置在所述阴极层(12)和所述阳极层(16)之间，且所述漂移区具有最高为8
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‑3的掺杂剂浓度，其特征在于，所述漂移区(14)具有低n掺杂的漂移层(14.1)和低p掺杂的漂移层(14.2)，所述低p掺杂的漂移层布置在所述n掺杂的漂移层(14.1)和所述阳极层(16)之间，两个漂移层分别具有至少5μm的层厚，所述阴极层(12)具有第一区段(12.1)和第二区段(12.2)，所述第一区段具有至少1
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cm
‑3或至少1
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10
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cm
‑3的恒定或至少基本上恒定的掺杂剂浓度，且所述第二区段布置在所述第一区段(12.1)和所述漂移区(14)之间，其中，所述第二区段(12.2)具有至少1μm的层厚(D
K2
)和在所述第一区段(12.1)的方向上增加的掺杂剂浓度变化过程，所述掺杂剂浓度变化过程增加直至掺杂剂浓度最大值，并且所述掺杂剂浓度最大值小于或等于所述第一区段(12.1)的掺杂剂浓度。2.根据权利要求1所述的堆叠状的半导体二极管(10)，其特征在于，所述阳极层(16)具有第一区段(16.1)和第二区段(16.2)，所述第一区段具有至少为1
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10
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‑3的掺杂剂浓度，所述第二区段布置在所述第一区段(16.1)和所述漂移区(14)之间，其中，所述第二区段(16.2)具有至少1μm的层厚(D
A2
)和在所述第一区段(16.1)的方向上增加的掺杂剂浓度变化过程，所述掺杂剂浓度变化过程增加直至掺杂剂浓度最大值，并且所述掺杂剂浓度最大值小于或等于所述第一区段(16.1)的掺杂剂浓度。3.根据权利要求1或2所述的堆叠状的半导体二极管(10)，其特征在于，所述第二区段(12.2，16.2)的层厚(D
A2
)为最高7μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：三五电力电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：