CN115485859A - 具有增强紧固性的碳化硅结势垒肖特基二极管 - Google Patents

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Abstract

公开了一种碳化硅结势垒肖特基二极管，该碳化硅结势垒肖特基二极管包括：第一导电型基板；第一导电型外延层，所述第一导电型外延层通过在所述第一导电型基板上的掺杂有第一导电型杂质的碳化硅的外延生长形成；电荷注入区域，所述电荷注入区域形成在所述第一导电型外延层上并掺杂有比所述第一导电型外延层的第一导电型杂质的浓度更高浓度的所述第一导电型杂质；第二导电型结区域，所述第二导电型结区域形成在所述第一导电型外延层上以接触所述电荷注入区域；肖特基金属层，所述肖特基金属层形成在所述电荷注入区域和所述第二导电型结区域上；阳极电极，所述阳极电极形成在所述肖特基金属层上；以及阴极电极，所述阴极电极形成在所述第一导电型基板下方。

Description

具有增强紧固性的碳化硅结势垒肖特基二极管
技术领域
本发明涉及一种功率半导体。
背景技术
碳化硅结势垒肖特基二极管(SiC SBD)具有低导通电压、结电容、快的恢复时间和高截止频率的特性。由于这些特性，SiC SBD广泛用于射频开关式电源(RF SMPS)、电源管理集成电路(PIMC)等。为了提高SiC SBD的最大正向浪涌电流IFSM特性和静电放电(ESD)特性，P+区域的宽度要显著。然而，如果P+区域显著宽，那么SBD区域的宽度相对减小，进而减小正向电流。
发明内容
根据本发明的实施例的一个方面，提供了一种构成碳化硅结势垒肖特基二极管的有源区域(active area)的单位元。所述单位元包括：第一导电型基板；第一导电型外延层，所述第一导电型外延层通过掺杂有第一导电型杂质的碳化硅在所述第一导电型基板上的外延生长形成；电荷注入区域，所述电荷注入区域由第二导电型结区域限定，所述第二导电型结区域通过将第二导电型杂质离子植入到第一导电型电荷注入层中形成，所述第一导电型电荷注入层通过掺杂有比所述第一导电型外延层的第一导电型杂质浓度更高浓度的所述第一导电型杂质的碳化硅在所述第一导电型外延层上的外延生长来形成；肖特基金属层，所述肖特基金属层通过形成在所述电荷注入区域和所述第二导电型结区域上；阳极电极，所述阳极电极形成在所述肖特基金属层上；以及阴极电极，所述阴极电极形成在所述第一导电型基板下方。
在一个实施例中，所述第二导电型结区域在所述单位元中所占的面积在62％与82％之间的范围内。
在一个实施例中，所述第一导电型电荷注入层包括具有不同的第一导电型杂质浓度的两个或更多个多外延层。
在一个实施例中，根据参考浓度配置而定的所述两个或更多个多外延层的所述第一导电型杂质浓度在去往所述第一导电型外延层的方向上减小，其中所述参考浓度配置限定所述两个或更多个多外延层的所述第一导电型杂质浓度。
在一个实施例中，所述参考浓度配置在去往所述第一导电型外延层的方向上将杂质浓度减小20％。
在一个实施例中，所述两个或更多个多外延层中的每一个的所述第一导电型杂质浓度在所述参考浓度配置中同等地至多增加40％或至多减小-40％。
在一个实施例中，所述两个或更多个多外延层的深度在去往所述第一导电型外延层的方向上减小。
在一个实施例中，所述第二导电型结区域的深度在所述电荷注入区域的深度的60％与100％之间的范围内。
根据本发明的实施例的另一方面，提供一种具有有源区域的碳化硅结势垒肖特基二极管。所述碳化硅结势垒肖特基二极管包括：第一导电型基板；第一导电型外延层，所述第一导电型外延层通过掺杂有第一导电型杂质的碳化硅在所述第一导电型基板上的外延生长形成；电荷注入区域，所述电荷注入区域形成在所述第一导电型外延层上并掺杂有比所述第一导电型外延层的第一导电型杂质浓度更高浓度的所述第一导电型杂质；第二导电型结区域，所述第二导电型结区域形成在所述第一导电型外延层上以便接触所述电荷注入区域；肖特基金属层，所述肖特基金属层形成在所述电荷注入区域和所述第二导电型结区域上；阳极电极，所述阳极电极形成在所述肖特基金属层上；以及阴极电极，所述阴极电极形成在所述第一导电型基板下方。
附图说明
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。为了简单地理解本发明，相同的元件指代为通过相同的附图标记。附图中所示的结构是用于描述本发明的示例，并且不限制本发明的范围。特别是，在附图中，为了易于理解本发明，一些元件略微夸大。由于附图用于容易理解本发明，所以应当注意，附图中所示元件的宽度、深度等可能在其实际实现时改变。同时，在本发明的整个详细描述中，参考相同的附图标记描述相同的部件。
图1是具有增强紧固性的SiC SBD的示意性剖视图；
图2示例性地示出了制造图1所示的SIC SBD的过程；
图3是示例性地示出了构成图1所示的SIC SBD的有源区域的单位元的一个实施例的剖视图；
图4是示例性地示出了构成图1所示的SIC SBD的有源区域的单位元的另一实施例的剖视图；
图5是示例性地示出了构成图1所示的SIC SBD的有源区域的单位元的又一个实施例的剖视图；
图6、图7、图8和图9是示例性地示出图3到图5所示的SiCSBD的电特性的曲线图；
图10、图11、图12和图13是示例性地示出基于图5所示的SiC SBD的掺杂浓度的变化的电特性的曲线图；
图14和图15是示例性地示出电荷注入区域的功能的曲线图；
图16和图17是示例性地示出了基于第二导电型结区域的深度变化的电特性的曲线图。
具体实施方式
下面将参考附图描述的实施例可以单独地或与其他实施例组合地实现。但是，这不是旨在将本发明限制在某个实施例中，而应该理解，包括在本发明的精神和范围内的所有改变、修改、等同物或替换。特别地，可以独立地或与其他实施例结合实现任何功能、特征和/或实施例。因此，应该注意，本发明的范围不限于附图中所示的实施例。
诸如第一、第二等术语可用于指代各种元件，但是，这些元件不应由于这些术语而受到限制。这些术语将用于将一个元件与另一元件区分开来。
在以下描述中使用的术语旨在仅描述特定的实施例，而不旨在限制本发明。单数形式的表达包括复数形式的表达，只要它被清楚地解读为不同。诸如“包括”和“具有”的术语旨在指示在以下描述中使用的特征、数字、步骤、操作、元件、组件或其组合的存在，因此应该理解不排除存在或添加一个或多个其他不同的特征、数字、步骤、操作、元件、组件或其组合的可能性。
当诸如层的元件被称为“在另一元件或层之上”或者被称为“连接到”或“耦接到”另一元件或层时，它可以直接在另一元件或层之上，或者可以直接连接或耦接到另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。然而，当元件或层被称为“直接在另一元件或层之上”时，或者当元件或层被称为“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。
在本文中，诸如“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等的空间相对术语可以用于描述性目的，从而如附图所示，被用于描述一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。除了附图所描绘的取向外，空间相对术语还旨在包括在使用中、操作和/或制造中的装置的不同取向。
图1是具有增强紧固性的碳化硅结势垒肖特基二极管(SiC SBD)的示意性剖视图。
SiC SBD 100包括有源区域以及围绕有源区域的至少一部分的边缘终端区域。有源区域包括肖特基结以及PN结。边缘终端区域可以具有诸如防护环、斜面(bevel)和结终端延伸部的各种结构。
SiC SBD 100包括第一导电型基板110、第一导电型外延层120、电荷注入区域130、第二导电型结区域140、第二导电型缓冲区域150、绝缘层160、肖特基金属层170、阳极电极180以及阴极电极190。这里，第一导电型是指掺杂n型杂质的区域或层，第二导电型是指掺杂p型杂质的区域或层，但可以理解，相反情形也是可能的。
可以通过在4H-SiC或6H-SiC基板上掺杂第一导电型杂质来形成第一导电型基板110。例如，第一导电型基板110中的第一导电型杂质的浓度可以是约1E18cm-2，第一导电型基板110的深度可以是约5μm。
第一导电型外延层120可以通过掺杂有第一导电型杂质的碳化硅在第一导电型基板110上的外延生长而形成。例如，第一导电型外延层120中的第一导电型杂质的浓度可以是约1E16cm-2，并且第一导电型外延层120的深度可以是约11μm。
电荷注入区域130可以形成在第一导电型外延层120的上表面上的有源区域中。电荷注入区域130可以具有比第一导电型外延层120更高的杂质浓度。例如，电荷注入区域130中的第一导电型杂质的浓度可以是至少1.2E16cm-2至1.4E17cm-2，这可以是第一导电型外延层120的杂质浓度的至少1.2至1.4倍。电荷注入区域130的深度可以为约0.6μm至约1.0μm。同时，电荷注入区域130的杂质浓度可以根据距上表面的深度而不同。例如，随着距上表面的距离增加，电荷注入区域130的杂质浓度可以减小。
随着第一导电型杂质的浓度增加，电荷注入区域130的电阻率减小。当与肖特基金属层接触的电荷注入区域130的电阻率减小时，通过肖特基结的电荷量增加，并且电流相应地增加。
多个第二导电型结区域140可以形成在第一导电型外延层120的上表面上的有源区域中。通过将第二导电型杂质以相对高的浓度离子植入第一导电型电荷注入层130'(参见图2)，可以形成多个第二导电型结区域140。例如，植入到第二导电型结区域140中的第二导电型杂质的浓度可以是约1E18cm-2，第二导电型结区域140的深度可以是约0.6μm。通过离子植入，多个第二导电型结区域140可以形成为从第一导电型电荷注入层130'的上表面延伸到第一导电型电荷注入层130'中。第二导电型结区域140在有源区域中所占的面积的比率可以是至少62％且至多82％。
第二导电型缓冲区域150可以在第一导电型外延层120的上表面上的整个有源区域以及边缘终端区域形成，并包围有源区域。具体地，在水平方向上，第二导电型缓冲区域150的一端延伸越过绝缘层160且接触肖特基金属层170，第二导电型缓冲区域150的另一端朝向边缘终端区域延伸。延伸到边缘终端区域的第二导电型缓冲区域150接触绝缘层160，但不延伸越过绝缘层160。第二导电型缓冲区域150可以通过将第二导电型杂质离子植入第一导电型电荷注入层130'(参见图2)来形成。第二导电型缓冲区域150的宽度可以比第二导电型结区域140的宽度宽。第二导电型缓冲区域150具有分散电场并且保持设备的击穿电压的功能。
绝缘层160可以形成在缓冲层150的一部分和边缘终端区域中的第一导电型外延层120上。绝缘层160可以形成为包围多个第二导电型结区域140以限定有源区域。绝缘层160可以形成为与第二导电型缓冲区域150的至少一部分重叠。绝缘层160可以由氧化硅、磷酸硅玻璃(PSG)、硼硅酸玻璃(BSG)、硼磷硅酸玻璃(BPSG)等形成。
肖特基金属层170可以形成在第一导电型外延层120上，接触多个第二导电型结区域140的上表面，并且与第一导电型外延层120的一部分形成肖特基结。肖特基金属层170可以在水平方向上延伸，以覆盖绝缘层160的一部分。
阳极电极180可以形成在肖特基金属层170上方，并且阴极电极190可以形成在第一导电型基板110下方。阳极电极180和阴极电极190可以由金属或金属合金形成。用于欧姆接触的硅化物层(未示出)可以形成在第一导电型基板110与阴极电极190之间。
将描述上述SiC SBD 100的操作。
多个第二导电型结区域140与第一导电型电荷注入区域130形成PN结。因此，多个第二导电型结区域140和第一导电型电荷注入区域130执行与PiN二极管相同的功能。也就是说，SiC SBD 100具有下述结构：在该结构中，结势垒肖特基二极管(下文中称为SBD)和PiN二极管并联连接。
在SiC SBD 100的截止状态下，SBD和PiN二极管同时保持截止状态电压。由于从PiN二极管的下部到第一导电型基板110的深度比从SBD的下部到第一导电型基板110的深度小，因此对PiN二极管施加相对强的截止状态电场(off-state electric field)，并因此对SBD施加相对弱的截止状态电场。换句话说，由于PiN二极管，施加到肖特基结的界面的电场减小，从而减小了漏电流。
PiN二极管的导通电压比SBD的导通电压相对高。在导通状态下，当正向电压VF施加至并联连接的PiN二极管和SBD时，电流开始流过具有相对低导通电压的SBD。然后，当正向电压VF增加到PiN二极管的导通电压之上时，电流流过PiN二极管和SBD两者。因此，与电流流过整个有源区域的常规SBD相比，在已知的JBS二极管中，在导通状态下的电流密度特性降低。另一方面，在本发明的一个实施例的SiC SBD 100中，电荷注入区域130增加电流密度，因此即使第二导电型结区域140的面积增加，也可以实现如已知JBS二极管的电流密度基本相同的电流密度。
图2示例性地示出了制造图1所示的SIC SBD的过程。电荷注入区域130可以通过离子植入或多外延工艺形成。在下文中，将描述通过使用多外延工艺制造SiC SBD的过程。
在步骤(a)中，第一导电型电荷注入层130'可以形成在第一导电型外延层120的上表面上。第一导电型外延层120在第一导电型基板110的上表面上外延生长。第一导电型基板110具有约5μm的深度，并且可以掺杂有约1E18cm-2的浓度的第一导电型杂质。同时，第一导电型外延层120的深度为约11μm，并且可以掺杂有约1E16cm-2的浓度的第一导电型杂质。
第一导电型电荷注入层130'的掺杂浓度可以不管深度如何都一致，或者第一导电型电荷注入层130'的掺杂浓度可以随深度而变化。第一导电型电荷注入层130'可以是多外延层130a'和130b'。第一多外延层130a'和第二多外延层130b'的掺杂浓度可以是不同的。例如，第一多外延层130a'的掺杂浓度可以比第二多外延层130b'的掺杂浓度低。
可以根据多外延层130a'和130b'的数量来改变第一导电型电荷注入层130'的深度。例如，多外延层130a'和130b'的数量可以是2至5。相应地，第一导电型电荷注入层130'的深度可以是约0.6μm至约1.0μm。
在步骤(b)中，可以在第一导电型电荷注入层130'中形成多个第二导电型结区域140。同时，第二导电型缓冲区域150可以与多个第二导电型结区域140同时形成。将光致抗蚀剂涂覆到第一导电型外延层120的上表面，并去除位于要离子植入的区域中的光致抗蚀剂。此后，可以植入第二导电型杂质。同时，可以在第二导电型缓冲区域150中形成多个防护环(guard ring)。
在步骤(c)中，绝缘层160可以形成在第一导电型外延层120的上表面上，并且肖特基金属层170可以形成在有源区域中。绝缘层160可以通过在第一导电型外延层120的整个上表面上形成氧化硅、PSG、BSG、BPSG等的绝缘膜，然后除去与有源区域对应的绝缘膜来形成。肖特基金属层170可以由具有低能量势垒的材料形成，或可以由两个或更多金属的合金形成，例如，肖特基金属层170可以由钛、铬、多晶硅、铝和钽中的任何一种或组合形成。
在步骤(d)中，分别地，可以在肖特基金属层170上形成阳极电极180，并且可以在第一导电型基板110下方形成阴极电极190。电极可以由例如铝形成。
图3是示例性地示出构成图1所示的SIC SBD的有源区域的单位元(unit cell)的一个实施例的剖视图。
参考图3，SiC SBD 100可以包括以均匀浓度掺杂的电荷注入区域130。电荷注入区域130可以通过掺杂例如浓度为约1E16cm-2的第一导电型杂质来形成。SiC SBD 100的单位元间距为约3.5μm，并且单位元间距内的电荷注入区域130的宽度Wn-epi与第二导电型结区域140的宽度2×Wp+之间的比为1.0:2.5。在下文中，假设SiC SBD100的单位元间距为3.5μm，并且第二导电型结区域140的宽度称为RJBS。电荷注入区域130的宽度Wn-epi可以为约1.0μm，深度DP+可以为约0.6μm。RJBS可以为约2.5μm，第二导电型结区域140的深度可以为约0.6μm。第二导电型结区域140可以通过掺杂例如浓度为约1E18cm-2的第二导电型杂质形成。同时，从第一导电型基板110的上表面到第二导电型结区域140的上表面的深度Depi可以为约12μm。
选择上述设计参数是为了与已知的JBS二极管进行比较。除了电荷注入区域130、第一导电型外延层120的深度和RJBS之外的设计参数在已知的JBS二极管和SiC SBD 100这两者中均相同。在已知的JBS二极管中，当第一电导型外延层的深度为约12μm，RJBS为约1.24μm，且正向电压VF为约0.76V时，可以流动约10A的电流。为了通过施加基本相同的正向电压VF来使基本相同的正向电流流动，SiC SBD 100的RJBS选择为约2.5μm。
图4是示例性地示出构成图1所示的SIC SBD的有源区域的单位元的另一实施例的剖视图。
参考图4，SiC SBD 101可以包括由以不同浓度掺杂的两个多外延层130a和130b组成的电荷注入区域130。第一多外延层130a可以通过掺杂约3E16cm-2浓度的第一导电型杂质形成，并且可以具有约0.6μm的深度。第二多外延层130b可以通过掺杂约1E17cm-2浓度的第一导电型杂质形成，并且可以具有约0.4μm的深度。SiC SBD101的单位元间距可以是约3.5μm，并且RJBS可以为约2.6μm。第二导电型结区域140可以通过掺杂例如约1E18cm-2浓度的第二导电型杂质形成。第二导电型结区域140的深度DP+可以是约0.6μm。同时，从第一导电型基板110的上表面到第二导电型结区域140的上表面的深度Depi可以是约12μm。
选择上述设计参数是为了与已知的JBS二极管进行比较。除电荷注入区域130和RJBS之外的设计参数在已知的JBS二极管和SiCSBD 101两者中均是相同的。在已知的JBS二极管中，当第一导电型外延层的深度为约12μm，RJBS为约0.9μm，且正向电压VF为约0.66V时，可以流动约10A的电流。为了通过施加0.68V的正向电压VF来使10A的正向电流流动，SiCSBD 100的RJBS被选择为约2.6μm。
图5是示例性地示出构成图1所示的SIC SBD的有源区域的单位元的又一实施例的剖视图。
参考图5，SiC SBD 102可以具有由以不同浓度掺杂的五个多外延层130a、130b、130c、130d和130e组成的电荷注入区域130。第一多外延层130a可以通过掺杂约2E16cm-2浓度的第一导电型杂质而形成，并且可以具有约0.1μm的深度。第二多外延层130b可以通过掺杂约4E16cm-2浓度的第一导电型杂质而形成，并且可以具有约0.15μm的深度。第三多外延层130c可以通过掺杂约6E16cm-2浓度的第一导电型杂质而形成，并且可以具有约0.2μm的深度。第四多外延层130d可以通过掺杂约8E16cm-2浓度的第一导电型杂质而形成，并且可以具有约0.2μm的深度。第五多外延层130可以通过掺杂以1E17cm-2浓度的第一导电型杂质而形成，并且可以具有约0.3μm的深度。SiC SBD 102的单位元间距可以是约3.5μm，并且RJBS可以为约2.6μm。第二导电型结区域140可以通过掺杂例如浓度为约1E18cm-2的第二导电型杂质而形成。第二导电型结区域140的深度DP+可以是约0.6μm。同时，从电荷注入区域130的下表面到第一导电型基板110的上表面的深度，即，第一导电型外延层120的深度可以是约11μm。第一导电型外延层120的深度可以根据所需的击穿电压要求而变化。通常，在650V级二极管中，第一导电型外延层120的深度设计为约5μm至约7μm，在1200V级二极管中，第一导电型外延层120的深度设计为约10μm至约12μm，在1700V级二极管中，第一导电型外延层120的深度设计为约15μm或更大。
选择上述设计参数是为了与已知的JBS二极管进行比较。除电荷注入区域130和RJBS之外的设计参数在已知的JBS二极管和SiC SBD 102两者中均是相同的。在已知的JBS二极管中，当第一导电型外延层的深度为约12μm，RJBS为约0.9μm，正向电压VF为约1.16V时，可以流动约10A的电流。为了在正向电压VF为约1.18V时使10A的正向电流流动，SiC SBD102的RJBS被选为约2.6μm。
图6、图7、图8和图9是示例性地示出了图3至图5所示的SiC SBD的电特性的曲线图。
图6示出了应用图3至图5所示的SiC SBD 100、101和102的垂直电场，图7示出了水平电场。垂直电场是分布在肖特基结与第一导电型基板110的下表面之间的电场(由图3至图5中的Y-Cut表示)，水平电场是分布在两个第二导电型结区域140的下表面之间的电场(由图3至图5中的X-Cut表示)。要被比较的已知JBS二极管具有图3至图5中描述的设计参数。
观察示出垂直方向上的电场的图6中的曲线图时，电场强度倾向于从肖特基结起在垂直方向上减小-增加-减小。电场强度在超出通过第二导电型结区域集中电场的区域的第一导电型外延层中基本线性减小，并且在第一导电型基板中基本上消失。在已知的JBS和SiC SBD 100、101和102中观察到这种趋势。然而，在肖特基结处(或肖特基结附近)的电场强度存在显著差异。在已知的JBS二极管中肖特基结处的电场强度为约2e+06V/cm或更多，而在具有以单个浓度掺杂的电荷注入区域的SiC SBD 100中的肖特基结处的电场强度为约1.9e+05V/cm，在具有由两个多外延层组成的电荷注入区域的SiC SBD 101中的肖特基结处的电场强度为约1.5e+05V/cm。甚至在具有由五个多外延层组成的电荷注入区域的SiC SBD102中，肖特基结处的电场强度也降至约1.3e+05V/cm。肖特基结处的电场强度是导致肖特基二极管的漏电流的主要因素，并且随着电场强度减小而漏电流减小。
在示出水平方向上的电场的图7中也观察到相同的现象。在第二导电型结区域之间的距离相对较大的已知JBS二极管中，由于相对的结区域之间的距离，相对的结区域之间的电场强度保持基本恒定。另一方面，随着第二导电型结区域的宽度增加，具有最大电场强度的结区域之间的距离减小。由此，在结区域之间形成的电场继续减小，从而单位元中心处的电场强度变得比已知的JBS二极管的电场强度相对较弱。因此，与已知JBS二极管中的电场相比，施加到肖特基结的电场的强度相对减小。
图8示出了漏电流，图9示出了图3至图5所示的SiC SBD 100、101和102中的击穿电压。如从图6和图7的电场强度曲线图所预测的，可以看出，可以形成电荷注入区域130的SiCSBD 100、101和102的漏电流的增加率比已知的JBS二极管的漏电流的增加率显著低。另外，在观察击穿电压时，已知JBS二极管的击穿电压为约-1430V，而可以形成电荷注入区域130的SiC SBD 100、101和102的击穿电压为约-1700V。
图10至图13是示例性地示出基于图5所示的SiC SBD的掺杂浓度变化的电特性的曲线图。
基于图5中所示的掺杂浓度，SiC SBD的掺杂浓度变为参考浓度配置(referenceconcentration profile)的60％、80％、120％和140％。第一至第五多外延层130a至130e的深度以及RJBS不发生变化。表1中示出以20％的增量增加和减小的浓度配置。除了掺杂浓度配置之外的设计参数与图5所示的实施例的设计参数相同。
表1
Figure BDA0003927632820000121
图10示出了根据表1中所示的五个浓度配置形成的SiC SBD的正向电压VF和正向电流IF的特性。如图所示，可以看出掺杂浓度的变化不会显著影响正向电压-电流特性。
图11示出了根据表1中所示的五个浓度配置形成的SiC SBD的垂直电场，图12示出了水平电场。参考图11，可以看出，随着掺杂浓度的增加，肖特基结处的电场强度减小。可以看出，对于基于五个浓度配置的SiC SBD的所有垂直电场，肖特基结处的电场强度比可以以单一浓度形成电荷注入区域的情况弱。另一方面，可以看出，在相对低的浓度配置(60％和80％)处的垂直电场中的肖特基结处的电场强度比由两个多外延层形成的电荷注入区域的情况相对高或几乎相似。如先前图6所示，具有电荷注入区域的SiC SBD的垂直方向上的电场强度在第二导电型结区域的下部边缘附近最小，然后迅速增加至最大值，并且跨第一导电型外延层几乎线性地减小。
参考图12，基于五个浓度配置的SiC SBD的水平电场倾向于具有最大电场强度，它们之间的宽度窄并且垂直向下延伸。根据基于参考浓度配置的电场强度，基于相对低的浓度配置的水平电场在最大电场强度之间具有相对宽的宽度，而基于相对高浓度配置的水平电场在最大电场强度之间的宽度相对窄。可以看出，随着掺杂浓度的增加，施加在结区域之间的电场强度增加。
参考图13，如从图11和图12所预测的，可以看出，随着掺杂浓度的增加，漏电流减小。根据基于作为参考的参考浓度配置的漏电流曲线，对于相对低的浓度配置，漏电流的增加率比参考浓度配置的增加率大，并且在一定范围上几乎线性地增加。另一方面，在相对高的浓度配置中，尽管整体漏电流的大小比参考浓度配置的大小小，但它趋于非线性地增加。
图14和图15是示例性地示出电荷注入区域的功能的曲线图。
电荷注入区域增加电流密度。当可以在第一导电型外延层的整个上部形成电荷注入区域时，通过第一导电型外延层的电流量增加，并且可能发生热失控(thermal runaway)现象。热失控可能会增加封装的温度，并对周围区域造成损坏，特别地，它是增加漏电流的主要因素。因此，必须在电荷注入区域中形成第二导电型结区域，以防止过量电流流动。
电荷注入区域增加电流密度的程度可以根据多外延层的浓度配置而变化。图14示出了调节RJBS的结果，使得正向电压VF为约1.18V，正向电流IF为约10A。对于第二导电型结区域的深度等于约0.6μm的五个浓度配置，确定每个浓度配置的具有约1.18V的正向电压VF和约10A的正向电流IF的RJBS。如图所示，对于比参考浓度配置相对低的浓度配置，RJBS应减小，相反地，对于相对高的浓度配置，RJBS应增加，使得可以满足VF＝1.18V和IF＝10。根据这些测量结果，可以确认电荷注入区域增加电流密度。
同时，图15示出了在RJBS固定为2.1μm而正向电流IF变为约10A时的正向电压VF。对于第二导电型结区域的深度等于约0.6μm的五个浓度配置，测量当正向电流IF为约10A时的正向电压VF。如图所示，可以看出，随着浓度配置增加，正向电压VF减小。如图14所示，根据这些测量结果可以确认电荷注入区域增加电流密度。
图16和图17是示例性地示出根据第二导电型结区域的深度变化的电特性的曲线图。
图16示出了用于五个浓度配置中的每一个的漏电流的测量结果，其中电荷注入区域的深度固定为约0.95μm，而RJBS变为2.2、2.4、2.6、2.8、2.9μm且第二导电结区域的深度变为约0.4、0.6和0.8μm。当反向电压VB为约-1200V时测量漏电流。曲线200表示RJBS，曲线201表示当第二导电型结区域的深度为约0.4μm时漏电流的测量值，曲线202表示当第二导电型结区域的深度为约0.6μm时漏电流的测量值，曲线203表示当第二导电型结区域的深度为约0.8μm时漏电流的测量值。例如，当RJBS为2.2μm时，随着第二导电型结区域变得更深，测量的漏电流趋于减小。
另一方面，随着掺杂浓度的增加或RJBS增加，漏电流趋于减小。
图17示出了对于五个浓度配置中的每一个的正向电压VF的测量值，其中电荷注入区域的深度固定为约0.95μm，而RJBS变为2.2、2.4、2.6、2.8、2.9μm，且第二导电结区域的深度变为约0.4、0.6和0.8μm。在正向电流IF为约10A时测量正向电压VF。曲线210表示RJBS，曲线211表示在第二导电型结区域的深度为约0.4μm时正向电压VF的测量值，曲线212表示在第二导电型结区域的深度为约0.6μm时正向电压VF的测量值，曲线213表示在第二导电型结区域的深度为约0.8μm时正向电压VF的测量值。例如，当RJBS为约2.2μm时，随着第二导电型结区域变得更深，测量的正向电压VF趋于增加。另一方面，随着掺杂浓度的增加或RJBS增加，正向电压VF趋于增加。
本发明的以上描述是示例性的，并且本领域技术人员可以理解，可以在不改变本发明的技术概念或基本特征的情况下以其他形式修改本发明。因此，应该理解，上述实施例在所有方面都是示例性的，但不是限定性的。
本发明的范围由所附权利要求限定，而不是通过上述详细描述限定，并且应该被解释为从权利要求的含义和范围以及其等同概念衍生出的所有变化和修改均包括在本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种构成碳化硅结势垒肖特基二极管的有源区域的单位元，包括：
第一导电型基板；
第一导电型外延层，所述第一导电型外延层通过掺杂有第一导电型杂质的碳化硅在所述第一导电型基板上的外延生长而形成；
电荷注入区域，所述电荷注入区域由第二导电型结区域限定，所述第二导电型结区域通过将第二导电型杂质离子植入到第一导电型电荷注入层中而形成，所述第一导电型电荷注入层通过掺杂有比所述第一导电型外延层的第一导电型杂质的浓度更高浓度的所述第一导电型杂质的碳化硅在所述第一导电型外延层上的外延生长而形成；
肖特基金属层，所述肖特基金属层形成在所述电荷注入区域和所述第二导电型结区域上；
阳极电极，所述阳极电极形成在所述肖特基金属层上；以及
阴极电极，所述阴极电极形成在所述第一导电型基板下方。
2.根据权利要求1所述的单位元，其中，所述第二导电型结区域在所述单位元中所占的面积在62％与82％之间的范围内。
3.根据权利要求1所述的单位元，其中，所述第一导电型电荷注入层包括具有不同的第一导电型杂质浓度的两个或更多个多外延层。
4.根据权利要求3所述的单位元，其中，在去往所述第一导电型外延层的方向上，根据参考浓度配置而定的所述两个或更多个多外延层的所述第一导电型杂质浓度减小，其中，所述参考浓度配置限定所述两个或更多个多外延层的所述第一导电型杂质浓度。
5.根据权利要求4所述的单位元，其中，在去往所述第一导电型外延层的方向上，所述参考浓度配置使杂质浓度减小20％。
6.根据权利要求4所述的单位元，其中，在所述参考浓度配置中，所述两个或更多个多外延层中的每一个的所述第一导电型杂质浓度同等地至多增加40％或至多减小-40％。
7.根据权利要求3所述的单位元，其中，在去往所述第一导电型外延层的方向上，所述两个或更多个多外延层的深度减小。
8.根据权利要求1所述的单位元，其中，所述第二导电型结区域的深度在所述电荷注入区域的深度的60％与100％之间的范围内。
9.一种具有有源区域的碳化硅结势垒肖特基二极管，包括：
第一导电型基板；
第一导电型外延层，所述第一导电型外延层通过掺杂有第一导电型杂质的碳化硅在所述第一导电型基板上的外延生长而形成；
电荷注入区域，所述电荷注入区域形成在所述第一导电型外延层上并掺杂有比所述第一导电型外延层的第一导电型杂质的浓度更高浓度的所述第一导电型杂质；
第二导电型结区域，所述第二导电型结区域形成在所述第一导电型外延层上以接触所述电荷注入区域；
肖特基金属层，所述肖特基金属层形成在所述电荷注入区域和所述第二导电型结区域上；
阳极电极，所述阳极电极形成在所述肖特基金属层上；以及
阴极电极，所述阴极电极形成在所述第一导电型基板下方。
10.根据权利要求9所述的碳化硅结势垒肖特基二极管，其中，所述第二导电型结区域在所述有源区域中所占的面积在62％与82％之间的范围内。
11.根据权利要求9所述的碳化硅结势垒肖特基二极管，其中，所述第一导电型电荷注入层包括具有不同的第一导电型杂质浓度的两个或更多个多外延层。
12.根据权利要求11所述的碳化硅结势垒肖特基二极管，其中，在去往所述第一导电型外延层的方向上，根据参考浓度配置而定的所述两个或更多个多外延层的所述第一导电型杂质浓度减小，其中，所述参考浓度配置限定所述两个或更多个多外延层的所述第一导电型杂质浓度。
13.根据权利要求11所述的碳化硅结势垒肖特基二极管，其中，在去往所述第一导电型外延层的方向上，所述两个或更多个多外延层的深度减小。
14.根据权利要求9所述的碳化硅结势垒肖特基二极管，其中，所述第二导电型结区域的深度在所述电荷注入区域的深度的60％与100％之间的范围内。
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