DE102015105718A1 - Halbleiterdiode - Google Patents

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Hans-Joachim Schulze
Johannes Georg Laven
Roman Baburske
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Abstract

In einer Halbleiterdiode umfasst ein Halbleiterkörper (100) einen Injektionseffizienzsteuerbereich (140) zwischen einem Driftbereich (120) eines ersten Leitfähigkeitstyps und einem ersten Elektrodenbereich (110) eines zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps. Der Injektionseffizienzsteuerbereich (140) umfasst eine Superjunctionstruktur, die einen Barrierebereich (142) des ersten Leitfähigkeitstyps und einen Kompensationsbereich (144) eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, welche nacheinander längs einer lateralen Richtung und direkt aneinandergrenzend angeordnet sind. Eine Nettodotierstoffkonzentration des Barrierebereiches (142), gemittelt längs einer vertikalen Ausdehnung des Barrierebereiches (142), ist wenigstens dreimal größer als eine Nettodotierstoffkonzentration des Driftbereiches (120), gemittelt längs 20% einer vertikalen Ausdehnung der Driftzone angrenzend an den Barrierebereich (142).

Description

  • HINTERGRUND
  • In Halbleitervorrichtungen, wie Halbleiterdioden, fluten bewegliche Ladungsträger die Halbleiterbereiche auf beiden Seiten eines vorwärts vorgespannten pn-Übergangs und können ein Ladungsträgerplasma bilden, das einen niedrigen Vorwärts- bzw. Durchlass- oder Einschaltwiderstand der Halbleitervorrichtung vorsieht, das aber in einer Rückwärtserholungsperiode entfernt werden muss, wenn sich der pn-Übergang von vorwärts vorgespannt nach rückwärts vorgespannt ändert. Der Rückwärtserholungsprozess trägt zu Schaltverlusten der Halbleitervorrichtung bei. Es ist wünschenswert, eine Halbleiterdiode vorzusehen, die einen optimierten Abgleich bzw. Ausgleich zwischen niedrigen Schaltverlusten, einer hohen Rückwärtsdurchbruchspannung und einer hohen Spitzenstromrobustheit hat.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiterdiode und ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterdiode anzugeben, die jeweils den obigen Forderungen genügen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Halbleiterdiode mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 17 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel einer Halbleiterdiode umfasst diese einen Halbleiterkörper, der einen Injektionseffizienzsteuerbereich zwischen einem Driftbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps und einem ersten Elektrodenbereich eines zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps hat. Der Injektionseffizienzsteuerbereich umfasst eine Superjunctionstruktur bzw. Superübergangsstruktur, die einen Barrierebereich des ersten Leitfähigkeitstyps und einen Kompensationsbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps hat, die nacheinander längs einer lateralen Richtung angeordnet sind und direkt aneinandergrenzen. Eine Nettodotierstoffkonzentration des Barrierebereiches, gemittelt längs einer vertikalen Ausdehnung des Barrierebereiches, ist wenigstens dreimal größer als eine Nettodotierstoffkonzentration des Driftbereiches, gemittelt längs 20% der vertikalen Ausdehnung der Driftzone angrenzend an den Barrierebereich.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterdiode in einem Halbleiterkörper, der einen Driftbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, ein Bilden eines ersten Elektrodenbereiches eines zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in dem Halbleiterkörper an einer ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Bilden einer Superjunctionstruktur bzw. Superübergangsstruktur zwischen dem Driftbereich und dem ersten Elektrodenbereich, wobei die Superjunctionstruktur einen Barrierebereich des ersten Leitfähigkeitstyps und einen Kompensationsbereich des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, die nacheinander längs einer lateralen Richtung und direkt aneinander angrenzend angeordnet sind. Eine Nettodotierstoffkonzentration des Barrierebereiches, gemittelt längs einer vertikalen Ausdehnung des Barrierebereiches, ist wenigstens dreimal größer als eine Nettodotierstoffkonzentration des Driftbereiches, gemittelt längs 20% einer vertikalen Ausdehnung der Driftzone angrenzend an den Barrierebereich.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.
  • 1A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleiterdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 1B ist eine schematische Draufsicht eines Teiles einer Halbleiterdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 1C ist eine schematische Draufsicht eines Teiles einer Halbleiterdiode gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.
  • 2 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleiterdiode gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.
  • 3A bis 3F sind schematische Schnittdarstellungen von Injektionseffizienzsteuerbereichen von Teilen von Halbleiterdioden gemäß Ausführungsbeispielen.
  • 4A ist ein Diagramm, das ein Nettodotierstoffkonzentrationsprofil eines Kompensationsbereiches gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
  • 4B und 4C sind Diagramme, die Kennlinienkurven einer Halbleiterdiode zeigen, die einen Injektionseffizienzsteuerbereich mit Kompensationsbereichen gemäß dem Ausführungsbeispiel von 4A hat.
  • 5A ist ein Diagramm, das ein Nettodotierstoffkonzentrationsprofil eines Kompensationsbereiches gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
  • 5B und 5C sind Diagramme, die ein Dotierungskonzentrationsprofil in Abhängigkeit von der Tiefe längs einer vertikalen Richtung eines Kompensationsbereiches gemäß dem ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel zeigen.
  • 5D und 5E sind Diagramme, die Kennlinienkurven von Halbleiterdioden zeigen, die einen Injektionseffizienzsteuerbereich mit Kompensationsbereichen gemäß einem ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel zeigen.
  • 6 ist ein Diagramm, das Strom/Spannungskennlinien von Halbleiterdioden in Abhängigkeit von der Nettodotierstoffkonzentration des Barrierebereiches des Injektionseffizienzsteuerbereiches veranschaulicht.
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
  • 8A bis 8D sind Schnittdarstellungen, die ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
  • 9A bis 9F sind Schnittdarstellungen, die ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterdiode gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
  • 10A bis 10C sind Schnittdarstellungen, die ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterdiode gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
  • 11A bis 11E sind Schnittdarstellungen, die ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterdiode gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung realisiert werden kann. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um zu noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist zu verstehen, dass die vorliegenden Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen umfasst. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind die gleichen Elemente durch entsprechende Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
  • Die Begriffe "haben", "enthalten", "umfassen", "aufweisen" und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und diese Begriffe zeigen das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
  • Der Begriff "elektrisch verbunden" beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einem direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter. Der Begriff "elektrisch gekoppelt" umfasst, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signalübertragung geeignet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorhanden sein können, beispielsweise Elemente, die steuerbar sind, um zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorzusehen.
  • Die Figuren veranschaulichen relative Dotierungskonzentratio nen durch Angabe von "–" oder "+" nächst zu dem Dotierungstyp "n" oder "p". Beispielsweise bedeutet "n–" eine Dotierungskonzentration, die niedriger ist als die Dotierungskonzentration eines "n"-Dotierungsbereiches, während ein "n+"-Dotierungsbereich eine größere Dotierungskonzentration hat als ein "n"-Dotierungsbereich. Dotierungsbereiche der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene "n"-Dotierungsbereiche die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben.
  • 1A zeigt einen Teil einer Halbleiterdiode 500. Ein Halbleiterkörper 100 der Halbleiterdiode 500 ist aus einem einkristallinen Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC), Germanium (Ge), einem Silizium-Germanium-Kristall (SiGe), Galliumnitrid (GaN) oder Galliumarsenid (GaAs) als Beispiel vorgesehen.
  • Der Halbleiterkörper 100 hat eine erste Oberfläche 101, die angenähert planar sein kann oder die durch eine Ebene gegeben sein kann, die durch koplanare Oberflächenabschnitte aufgespannt ist, sowie eine hauptsächlich planare zweite Oberfläche 102 parallel zu der ersten Oberfläche 101. Ein Mindestabstand zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 ist gewählt, um eine spezifizierte Spannungssperrfähigkeit der Halbleiterdiode 500 zu erzielen. Beispielsweise kann der Abstand zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 90 µm bis 110 µm für eine Diode betragen, die für eine Sperrspannung von etwa 1200 V ausgelegt bzw. spezifiziert ist.
  • In einer Ebene senkrecht zu der Querschnittsebene kann der Halbleiterkörper 100 eine rechteckförmige Gestalt mit einer Rand- bzw. Kantenlänge in dem Bereich von einigen Millimetern haben. Eine Normale zu der ersten Oberfläche 101 definiert eine vertikale Richtung, und Richtungen orthogonal zu der vertikalen Richtung sind laterale Richtungen.
  • Der Halbleiterkörper 100 umfasst einen Driftbereich 120 eines ersten Leitfähigkeitstyps, einen ersten Elektrodenbereich 110 eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der entgegengesetzt zu dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, zwischen der ersten Oberfläche 101 und dem Driftbereich 120 sowie einen zweiten Elektrodenbereich 130 des ersten Leitfähigkeitstyps zwischen dem Driftbereich 120 und der zweiten Oberfläche 102. Der erste Elektrodenbereich 110 kann direkt an die erste Oberfläche 101 angrenzen.
  • Für die veranschaulichten Ausführungsbeispiele ist der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ, und der zweite Leitfähigkeitstyp ist der p-Typ. Somit kann der erste Elektrodenbereich 110 ein Anodenbereich sein, und der zweite Elektrodenbereich 130 kann ein Kathodenbereich sein. Ähnliche Überlegungen, wie unten erläutert, gelten für Ausführungsbeispiele, bei denen der erste Leitfähigkeitstyp der p-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp der n-Typ ist.
  • Eine Nettodotierstoffkonzentration, d.h., ein Absolutwert der Differenz zwischen einer n-Typ-Dotierstoffkonzentration und einer p-Typ-Dotierstoffkonzentration in dem Driftbereich 120 kann graduell oder in Stufen mit zunehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche 101 wenigstens in Teilen seiner vertikalen Bereite zunehmen oder abnehmen. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Dotierstoffkonzentration in dem Driftbereich 120 angenähert einheitlich bzw. gleichmäßig sein. Für Siliziumvorrichtungen kann eine mittlere Dotierstoffkonzentration in dem Driftbereich 120 zwischen 1 × 1012 cm–3 und 1 × 1015 cm–3, beispielsweise in einem Bereich von 5 × 1012 cm –3 bis 5 × 1014 cm–3 sein. Für Siliziumcarbid-(SiC-)Vorrichtungen können die Dotierstoffkonzentrationswerte und Dotierstoffkonzentrationsbereiche um eine oder zwei Größenordnungen höher sein als die hier beschriebenen beispielhaften Werte. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration für einen zweiten Elektrodenbereich 130 vom n-Typ oder n-Typ-Zonen des zweiten Elektrodenbereiches 130 kann wenigstens 1 × 1016 cm–3, beispielsweise wenigstens 5 × 1017 cm–3, sein.
  • Eine erste Lastelektrode 210 ist elektrisch mit dem ersten Elektrodenbereich 110 verbunden. Die erste Lastelektrode 210 kann ein erster Lastanschluss L1 sein oder elektrisch mit einem solchen gekoppelt oder verbunden sein.
  • Eine zweite Lastelektrode 220 grenzt direkt an die zweite Oberfläche 102 und den zweiten Elektrodenbereich 130 an. Die zweite Lastelektrode 220 kann elektrisch mit einem zweiten Lastanschluss L2 verbunden sein.
  • Jede der ersten und zweiten Lastelektroden 210, 220 kann als Hauptbestandteil bzw. als Hauptbestandteile aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Legierungen von Aluminium oder Kupfer, beispielsweise AlSi, AlCu oder AlSiCu bestehen oder diese Stoffe enthalten. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann wenigstens eine Elektrode aus den ersten und zweiten Lastelektroden 210, 220 als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile Nickel (Ni), Titan (Ti), Wolfram (W), Tantal (Ta), Silber (Ag), Gold (Au), Platin (Pt) und/oder Palladium (Pd) enthalten. Beispielsweise kann wenigstens eine der ersten und zweiten Lastelektroden 210, 220 zwei oder mehr Unterschichten enthalten, wobei jede Unterschicht einen oder mehrere Stoffe aus Ni, Ti, Ag, Au, Pt, W und Pd als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile enthält, beispielsweise ein Silizid, ein Nitrid und/oder eine Legierung.
  • Ein Injektionseffizienzsteuerbereich 140 ist sandwichartig zwischen dem Driftbereich 120 und dem ersten Elektrodenbereich 110 vorgesehen. Der Injektionseffizienzsteuerbereich 140 umfasst eine Superjunctionstruktur bzw. eine Superübergangstruktur, die einen Barrierebereich 142 des ersten Leitfähigkeitstyps und einen Kompensationsbereich 144 des zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst, welche aufeinanderfolgend längs einer lateralen Richtung x angeordnet sind und direkt aneinandergrenzen.
  • Der sandwichartig zwischen dem ersten Elektrodenbereich 110 und dem Driftbereich 120 vorgesehene Barriere- bzw. Sperrbereich 142 bildet einen pn-Übergang mit dem ersten Elektrodenbereich 120 und einen n/n–-Homoübergang mit dem Driftbereich 120. Eine Nettodotierstoffkonzentration des Barrierebereiches 142, gemittelt längs einer vertikalen Ausdehnung des Barrierebereiches 142, ist wenigstens dreimal oder sogar wenigstens zehnmal größer als eine Nettodotierstoffkonzentration des Driftbereiches 120, gemittelt längs 20% einer vertikalen Ausdehnung der Driftzone 120 angrenzend an den Barrierebereich 142. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Nettodotierstoffkonzentration des Driftbereiches 120, gemittelt längs 20% einer vertikalen Ausdehnung der Driftzone 120, angrenzend an den Barrierebereich 142, zwischen 1 × 1012 cm–3 und 1 × 1015 cm–3, beispielsweise in einem Bereich von 5 × 1012 cm–3 cm bis 5 × 1014 cm–3 sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Nettodotierstoffkonzentration des Barrierebereiches 142, gemittelt längs einer vertikalen Ausdehnung des Barrierebereiches 142, von 1 × 1015 cm–3 bis 1 × 1017 cm–3, beispielsweise von 5 × 1015 bis 5 × 1016 cm–3, betragen. Beispiele für Dotierstoffe umfassen Phosphor (P), Arsen (As), Selen (Se) und/oder Schwefel (S).
  • Eine gesamte Dotierstoffmenge (effektive Elektrodendosis) in dem ersten Elektrodenbereich 110 ist derart eingestellt, dass ein Verarmungsbereich, der sich von dem pn-Übergang zwischen dem ersten Elektrodenbereich 110 und dem Barrierebereich 142 erstreckt, daran gehindert ist, die erste Oberfläche 101 oder eine Kontaktstruktur, die sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper erstreckt, bei Betriebsbedingungen, für die die Halbleiterdiode 500 ausgelegt ist, zu erreichen.
  • Wenn der pn-Übergang zwischen dem ersten Elektrodenbereich 110 und dem Barrierebereich 142 vorwärts vorgespannt ist, injiziert der erste Elektrodenbereich 110 Ladungsträger vom Minoritätstyp bzw. Minoritätsladungsträger durch den Barrierebereich 142 in den Driftbereich 120. Der Barrierebereich 142 reduziert virtuell die effektive Anodendosis und damit eine Anodenemitterwirksamkeit bzw. -effizienz, ohne die aktuelle Dotierstoffdosis innerhalb des ersten Elektrodenbereiches 110 zu reduzieren.
  • Gegenwärtige Methoden zum Reduzieren der Anodeneffizienz in dem Injektionsbereich zielen auf ein Reduzieren der effektiven Anodendosis in dem ersten Elektrodenbereich 110, beispielsweise durch Reduzieren der Implantationsdosis und/oder Entfernen von Teilen des ersten Elektrodenbereiches 110 nach der Implantation. Jedoch hat sich ein zuverlässiges Steuern einer kleinen Anodendosis als ein delikater Prozess mit niedriger Ausbeute herausgestellt. Stattdessen reduziert der Barrierebereich 142 die Anodenemittereffizienz, ohne die effektive Anodendosis in dem ersten Elektrodenbereich 110 zu reduzieren, wodurch kritische Prozesse mit niedriger Ausbeute vermieden werden. Zusätzlich kann der Barrierebereich 142 die Robustheit gegenüber kritischen Stromfilamentierungsereignissen in dem Halbleiterkörper 100 steigern.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält der Barrierebereich 142 weiterhin wenigstens einen Tiefpegeldonator oder Tiefdoppeldonator, beispielsweise Schwefel- und/oder Selen-Atome/Ionen. Mit Tiefpegeldonatoren wächst der Dotierungspegel mit zunehmender Temperatur an, wobei ein lokal anwachsender Dotierungspegel lokal eine Anodenemitterwirksamkeit reduziert und so einer inhomogenen Stromverteilung unter parallelen Zellen entgegenwirkt.
  • Der Kompensationsbereich 144, der sandwichartig zwischen dem ersten Elektrodenbereich 110 und dem Driftbereich 120 vorgesehen ist, bildet einen pn-Übergang mit dem Driftbereich 120 und dem Barrierebereich 142 und einen p/p+- oder p /p+- oder einen p/p-Homoübergang mit dem ersten Elektrodenbereich 110. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in dem Kompensationsbereich 144 kann von 1 × 1015 cm–3 bis 1 × 1017 cm–3, beispielsweise von 5 × 1015 bis 5 × 1016 cm–3 reichen. Beispiele für Dotierstoffe umfassen Bor (B), Indium (In), Aluminium (Al) oder Gallium (Ga).
  • Der Kompensationsbereich 144 bildet zusammen mit dem Barrierebereich 142 die Superübergang- bzw. Superjunctionstruktur, um eine hohe Rückwärtsdurchbruchspannung der Halbleiterdiode 500 zu erreichen. Insbesondere sind in einem Rückwärtssperrmodus die komplementär dotierten Bereich 142, 144 so verarmt, dass eine hohe Rückwärtsdurchbruchspannung selbst bei einer vergleichsweise hohen Dotierstoffkonzentration in den dotierten Bereichen, die den Einschaltstrom führen, erzielt werden kann. Dieser Effekt resultiert aus der Tatsache, dass dann, wenn eine Rückwärtssperrspannung zwischen dem ersten Elektrodenbereich 110 und dem Driftbereich 120 liegt, der Kompensationsbereich 144 und der Barrierebereich 142 ausgehend von dem vertikalen pn-Übergang zwischen dem Kompensationsbereich 144 und dem Barrierebereich 142 verarmt werden. Aufgrund des intrinsischen elektrischen Feldes längs einer lateralen Richtung zusätzlich zu dem elektrischen Feld, das zwischen dem ersten Elektrodenbereich 110 und dem Driftbereich 120 anliegt, kann eine hohe Rückwärtsdurchbruchspannung erreicht werden.
  • Wie in 1A gezeigt ist, kann der Barrierebereich 142 eine Vielzahl von Barrierebereichen 142 umfassen, und der Kompensationsbereich 144 kann eine Vielzahl von Kompensationsbereichen 144 umfassen, die parallel zu der ersten Oberfläche 101 und/oder der zweiten Oberfläche 102 angeordnet sind und die weiterhin in einer orthogonalen Richtung zu einem Strom angeordnet sind, der durch die Halbleiterdiode 500 fließt. Die Barrierebereiche 142 und die Kompensationsbereiche 144 sind in einer abwechselnden Weise derart angeordnet, dass jeder der Barrierebereiche 142 direkt zu zwei Kompensationsbereichen 144 benachbart ist, wobei die Grenze zwischen einem der Barrierebereiche 142 und einem benachbarten Kompensationsbereich 144 parallel zu einer vertikalen Richtung orthogonal zu der ersten Oberfläche 101 und/oder der zweiten Oberfläche 102 sein kann.
  • Wie in 1B gezeigt ist, können die Kompensationsbereiche 144 als Streifen längs einer lateralen Richtung in abwechselnder Weise mit den Barrierebereichen 142 angeordnet sein, die auch als Streifen und benachbart oder umgebend zu den Kompensationsbereichen 144 angeordnet sein können.
  • Wie in 1C gezeigt ist, können die Kompensationsbereiche 144 in einem regelmäßigen, matrixähnlichen Muster von Zellen in gleich beabstandeten Zeilen und Spalten angeordnet sein, wobei die Kompensationsbereiche 144 benachbart zu oder umgeben von dem Barrierebereich 142 sind. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Anordnung der Kompensations- und Barrierebereiche 144, 142 invers bezüglich 1C sein, d.h. Barrierebereiche 144 sind benachbart zu oder umgeben von dem Kompensationsbereich 142. Obwohl eine Vielzahl von Barrierebereichen 142 und Kompensationsbereichen 144 in der Schnittdarstellung von 1A gezeigt ist, ist es auch möglich, dass die Barrierebereiche 142 beispielsweise in einem Randabschlussbereich verbunden sind, um einen kontinuierlichen Barrierebereich 142 zu bilden (siehe 1B und 1C). Das Gleiche kann für die Kompensationsbereiche 144 gelten. Die Barrierebereiche 142 und die Kompensationsbereiche 144 können jedoch in einer verschiedenen Weise angeordnet sein, sofern die Barrierebereiche 142 in elektrischem Kontakt mit dem ersten Elektrodenbereich 110 und dem Driftbereich 120, also beiden Bereichen, sind und direkt benachbart zu oder direkt anstoßend an den bzw. die Kompensationsbereiche 144 längs einer vertikalen Richtung sind. Weitere Anordnungen der Barrierebereiche 142 und der Kompensationsbereiche 144 können so vorgesehen sein, welche das Erfordernis erfüllen, dass ein intrinsisches elektrisches Feld in einer lateralen Richtung zwischen den Barrierebereichen 142 und den Kompensationsbereichen 144 existiert, um eine Superjunctionstruktur zu bilden.
  • Die Barrierebereiche 142 und die Kompensationsbereiche 144 erstrecken sich von einem ersten Grenzoberflächengebiet 112 zwischen dem ersten Elektrodenbereich 110 und dem Injektionseffizienzsteuerbereich 140 in den Halbleiterkörper 100 zu einem zweiten Grenzoberflächengebiet 122 zwischen dem Injektionseffizienzsteuerbereich 140 und dem Driftbereich 120 längs einer vertikalen Richtung und mit einer vertikalen Ausdehnung Dk. Gemäß einem Ausführungsbeispiel haben die Barrierebereiche 142 und die Kompensationsbereiche 144 jeweils die gleiche vertikale Ausdehnung Dk. Somit ist eine Bodenseite des Barrierebereiches 142 und des Kompensationsbereiches 144 auf einem gleichen vertikalen Pegel. Der Barrierebereich 142 und der Kompensationsbereich 144 können jedoch verschiedene Tiefen haben, sofern der Barrierebereich 142 in elektrischem Kontakt mit dem ersten Elektrodenbereich 110 und dem Driftbereich 120, also beiden Bereichen, ist, und sie sind weiterhin in direktem Kontakt mit den Kompensationsbereichen 144.
  • Wie in 1A gezeigt ist, haben die Barrierebereiche 142 eine Breite LB in einer lateralen Richtung, und die Kompensationsbereiche 144 haben eine Breite LC längs einer lateralen Richtung. In einem Ausführungsbeispiel haben die Barrierebereiche 142 und die Kompensationsbereiche 144 jeweils eine gleiche Breite LB, LC längs einer lateralen Richtung. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die Kompensationsbereiche 144 eine kleine Breite verglichen mit der Breite der Barrierebereiche 142 haben, wobei das Verhältnis der Breiten längs der lateralen Richtung der Barrierebereiche 142 und der Kompensationsbereiche 144 größer als 2, größer als 3 oder größer als 5 sein kann. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel können die Barrierebereiche 142 eine kleine Breite verglichen mit der Breite der Kompensationsbereiche 144 haben, wobei das Verhältnis von Breiten längs der lateralen Richtung der Kompensationsbereiche 144 und der Barrierebereiche 142 größer als 2, größer als 3 oder größer als 5 sein kann. Die Barrierebereiche 142 erzielen eine lokale Reduktion der p-Emittereffizienz der Halbleiterdiode 500, wobei die Barrierebereiche 142 mit Kompensationsbereichen 144 vorgesehen sind, um die Reduktion in der Spannungssperrfähigkeit der Halbleiterdiode 500 zu kompensieren.
  • 2 ist eine Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleiterdiode 500, die einen aktiven Bereich 300 mit dem ersten Elektrodenbereich 110 und einen Randabschlussbereich 400 mit einer Randabschlussstruktur 410 umfasst. Die Randabschlussstruktur 410 kann eine Feldplattenstruktur, eine Junction- bzw. Übergangsabschlussausdehnung-(JTE)-Struktur, eine Struktur mit Variation der lateralen Dotierung (VLD) oder eine andere Struktur sein, die gestaltet ist, um einen Randabschluss der Halbleiterdiode 500 zu bilden. Der Injektionseffizienzsteuerbereich 140, der sandwichartig zwischen dem Driftbereich 120 und dem ersten Elektrodenbereich 110 vorgesehen ist, grenzt an einen Kompensationsbereich 144' an, der sandwichartig zwischen dem ersten Elektrodenbereich 110 und dem Driftbereich 120 gelegen und weiterhin so angeordnet ist, um lateral einen Grenzbereich, der einen Teil des aktiven Bereiches 300 mit dem ersten Elektrodenbereich 110 umfasst, und einen Teil des Randabschlussbereiches 400 mit der Randabschlussstruktur 410 zu überlappen. Somit überlappt die Superjunctionstruktur lateral eine Grenze zwischen dem aktiven Bereich 300, das den ersten Elektrodenbereich 110 umfasst, und der Randabschlussstruktur 410. Der Kompensationsbereich 144' kann an den ersten Elektrodenbereich 110 nicht nur an dem lateralen ersten Grenzoberflächengebiet 112, sondern auch an einem vertikalen Grenzoberflächengebiet 114 angrenzen und kann weiterhin bis zu der Randabschlussstruktur 410 reichen, um eine Randabschlussstruktur für den aktiven Bereich 300 der Halbleiterdiode 500 zu bilden. Durch Vorsehen des modifizierten Kompensationsbereiches 144' in dem Grenzbereich zwischen dem aktiven Bereich 300 und dem Randabschlussbereich 400 kann eine Reduktion des Ladungsträgerplasmas in dem Randbereich der Halbleiterdiode in einem Einschaltzustand erzielt werden, was in einer Verhinderung eines dynamischen Avalanche innerhalb abrupter Schaltoperationen resultiert.
  • In den 3A bis 3F sind einige Ausführungsbeispiele der Halbleiterdiode 500 gezeigt. Obwohl die Ausführungsbeispiele in verschiedenen 3A bis 3F veranschaulicht sind, können die Merkmale, die in diesen Figuren gezeigt sind, auch beliebig kombiniert werden, falls dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist.
  • Wie in 3A gezeigt ist, können die vertikale Tiefe und die laterale Breite der Barrierebereiche 142 und der Kompensationsbereiche 144 gleich sein. Zusätzlich kann die Nettodotierstoffkonzentration der Barrierebereiche 142 und der Kompensationsbereiche 144 ebenfalls gleich sein, so dass die gesamte Nettomenge an Dotierstoffen in allen Barrierebereichen 142 vollständig oder nahezu vollständig durch die gesamte Nettomenge an Dotierstoffen in allen Kompensationsbereichen 144 kompensiert ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weichen eine Nettomenge an Dotierstoffen in den Barrierebereichen 142 und eine Nettomenge an Dotierstoffen in den Kompensationsbereichen 144 um weniger als 10% oder sogar um weniger als 5% ab. Die Barrierebereiche 142 und die Kompensationsbereiche 144 können auch in einer verschiedenen Weise angeordnet sein, sofern die Gesamtmenge an Donatoren in allen Barrierebereichen 142 (falls der erste Leitfähigkeitstyp ein n-Typ ist) vollständig durch die gesamte Menge an Akzeptoren in allen Kompensationsbereichen 144 kompensiert ist.
  • Wie in 3B und 3C gezeigt ist, kann die gesamte Nettomenge an Dotierstoffen in allen Barrierebereichen 142 auch größer sein als die gesamte Nettomenge an Dotierstoffen in allen Kompensationsbereichen 144. In dem Fall, dass die Barrierebereiche 142 von einem n-Typ und die Kompensationsbereiche 144 von einem p-Typ sind, überkompensiert die gesamte Nettomenge an Donatoren innerhalb jedem Barrierebereich 142 die gesamte Nettomenge an Akzeptoren in jedem Kompensationsbereich 144 und führt zu einem gesamten Überschuss an Donatoren innerhalb des Injektionseffizienzsteuerbereiches 140.
  • Die Überkompensation an Akzeptoren in den Kompensationsbereichen 144 durch die Donatoren in den Barrierebereichen 142 kann darin erzielt werden, dass eine Nettodotierstoffkonzentration in jedem der Barrierebereiche 142 größer ist als eine Nettodotierstoffkonzentration in jedem der Kompensationsbereiche 144, während jeder der beiden Bereiche 142, 144 eine gleiche Breite und Tiefe oder eine vergleichbare Struktur, wie in 3B gezeigt, hat.
  • Eine Überkompensation von Akzeptoren durch Donatoren kann auch erzielt werden, indem die Barrierebereiche 142 und die Kompensationsbereiche 144 mit gleichen Nettodotierstoffkonzentrationen von entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen vorgesehen werden, während eine verschiedene Struktur vorliegt. Wie in 3C gezeigt ist, haben der Barrierebereich 142 und die Kompensationsbereiche 144 eine verschiedene laterale Breite, während sie gleiche Nettodotierstoffkonzentrationen von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp aufweisen. Obwohl eine Überkompensation an Akzeptoren durch Donatoren in den 3B und 3C gezeigt ist, ist es auch möglich, eine Überkompensation von Donatoren durch Akzeptoren gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel vorzusehen.
  • Wie in 3D gezeigt ist, umfasst eine Nettodotierstoffkonzentration des ersten Elektrodenbereiches 110 eine laterale Veränderung bzw. Variation, z.B. kann eine Nettodotierstoffkonzentration einer ersten Zone 116 des ersten Elektrodenbereiches 110, direkt angrenzend an den Barrierebereich 142, größer sein als eine Nettodotierstoffkonzentration einer zweiten Zone 118 des ersten Elektronenbereiches 110, direkt angrenzend an den Kompensationsbereich 144. Die erste Zone 116 und die zweite Zone 118 des ersten Elektrodenbereiches 110 grenzen an ein erstes Grenzoberflächengebiet 112 zwischen dem ersten Elektrodenbereich 110 und dem Injektionseffizienzsteuerbereich 140 an und erstrecken sich in den ersten Elektrodenbereich 110 zu der ersten Oberfläche 101. Die erste Zone 116 und die zweite Zone 118 können sich bis in eine gleiche Tiefe in den ersten Elektrodenbereich 110 erstrecken. Die erste Zone 116 und die zweite Zone 118 können auch verschiedene Tiefen haben. Weiterhin können sich eine Zone der ersten und zweiten Zonen 116, 118 oder beide Zonen 116, 118 vollständig bis zu der ersten Oberfläche 101 erstrecken. Weiterhin kann ein gradueller Übergang in einer Nettodotierstoffkonzentration von der ersten Oberfläche 101 zu dem ersten Grenzoberflächengebiet 112 vorgesehen werden.
  • In 3E ist eine Schnittdarstellung einer Halbleiterdiode 500 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst eine Nettodotierstoffkonzentration einen vertikale Variation, und eine Nettodotierstoffkonzentration einer ersten Zone 144a des Kompensationsbereiches 144, angrenzend an den Driftbereich 120, ist größer als eine Nettodotierstoffkonzentration einer zweiten Zone 144b des Kompensationsbereiches 144, angrenzend an den ersten Elektrodenbereich 110. Obwohl ein Grenzoberflächengebiet zwischen der ersten Zone 144a und der zweiten Zone 144b in 1E mit verschiedenen Nettodotierstoffkonzentrationen gezeigt ist, kann der Übergang zwischen der ersten Zone 144a, die eine größere Nettodotierstoffkonzentration hat, zu der zweiten Zone 144b, die eine geringere Nettodotierstoffkonzentration hat, graduell vorgesehen werden. Der Übergang von einer geringeren Nettodotierstoffkonzentration zu einer größeren Nettodotierstoffkonzentration kann auch in einem unteren Teil näher zu der Driftzone 120 oder in einem oberen Teil näher zu dem ersten Elektrodenbereich 110 vorgesehen werden.
  • Wie in 3F gezeigt ist, kann eine laterale Breite einer ersten Zone 144a der Kompensationsbereiche 144, angrenzend an den Driftbereich 120, weiterhin größer sein als eine Breite einer zweiten Zone 144b des Kompensationsbereiches 144, angrenzend an den ersten Elektrodenbereich 110. Die Variation bzw. Veränderung des Dotierstoffkonzentrationsprofiles, wie in 3E gezeigt, und die Variation bzw. Veränderung der lateralen Breite der Kompensationsbereiche 144, wie in 3F gezeigt, kann auch beliebig kombiniert werden, um die Eigenschaften einer Halbleiterdiode 500 zu optimieren, die den Injektionseffizienzsteuerbereich 140 aufweist, der sandwichartig zwischen dem ersten Elektrodenbereich 110 und dem Driftbereich 120 vorgesehen ist.
  • Eine Simulation einer Struktur, die einen Kompensationsbereich 144 umfasst, der einen lateral ausgedehnten Kompensationsbereich hat, wie dies in 3F gezeigt ist, ist in den 4A bis 4C gegeben.
  • Wie in 4A gezeigt ist, ist der Kompensationsbereich in dem unteren Teil auf einer linken Seite gelegen (x < 40 µm) und ist in einem oberen Teil (y < 2 µm) zu der linken Seite verengt (x < 40 µm). Der Driftbereich ist in einem unteren Teil (y > 4,5 µm), und der erste Elektrodenbereich ist in einem oberen Teil (y < 1 µm). Die 4B und 4C zeigen simulierte Diagramme mit statischen Vorwärts- bzw. Durchlasskennlinien (4C ist eine detaillierte Darstellung von 4B), wobei die Kurven, die mit Kreisen markiert sind, auf einen Strom durch die gesamte Struktur bezogen sind (linke Achse zeigt den Strom IF (A) an), die Kurven, die mir Kreuzen markiert sind, auf eine mittlere Stromdichte innerhalb des Kompensationsbereiches 144 bezogen sind (rechte Achse zeigt die Stromdichte j(A/cm2) an), und die Kurven, die mit Dreiecken markiert sind, auf eine mittlere Stromdichte zwischen den Kompensationsbereichen bezogen sind (rechte Achse zeigt die Stromdichte j(A/cm2) an).
  • Durch Vorsehen der Struktur, wie diese in 3F gezeigt ist, ist ein Spannungsabfall längs einer lateralen Richtung bei hohen Strömen derart gesteigert, dass die Werte der Diffusionsspannung an dem pn-Übergang zwischen dem Kompensationsbereich 144 und dem Driftbereich 120 überschritten sind, was zu einer starken Lochinjektion der Kompensationsbereiche 144 in den Driftbereich 120 führt. Eine derartige Simulation einer Struktur ist in den 4A bis 4C gezeigt. Für Stromdichten von weniger als 200 A/cm2 fließt mehr Strom in einem Bereich zwischen den Kompensationsbereichen 144, was für größere Stromdichten verändert ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die zweite Zone 144b der Kompensationsbereiche 144, angrenzend an den ersten Elektrodenbereich 110, vorgesehen, um das elektrische Feld in der Stromrichtung zu kompensieren, und die erste Zone 144a der Kompensationsbereiche 144, angrenzend an den Driftbereich 120, die eine größere laterale Breite als die zweite Zone 144b der Kompensationsbereiche 144 hat, ist vorgesehen, um das elektrische Feld in Stromrichtung zu kompensieren und um zusätzlich eine hohe Lochinjektion bei hohen Strömen in die Driftzone 120 vorzusehen. Dies erlaubt eine Verbesserung in einer Stoßstromrobustheit.
  • Die 5A bis 5E veranschaulichen verschiedene Strukturen des Kompensationsbereiches 144 und die sich ergebenden Eigenschaften bzw. Kennlinien für die Halbleiterdiode. Das heißt, 5A zeigt eine Struktur (1) eines homogenen Kompensationsbereiches ohne einen Barrierebereich, eine Struktur (2) zeigt einen Kompensationsbereich mit einer vertikalen Variation in einer Nettodotierstoffkonzentration und ohne einen Barrierebereich, und eine Struktur (3) zeigt einen Kompensationsbereich mit vertikaler Variation in einer Nettodotierstoffkonzentration und mit einem Barrierebereich. Das Dotierungskonzentrationsprofil ist für die verschiedenen Strukturen (1) bis (3) in 5A dargestellt.
  • Die 5B und 5C zeigen ein elektrostatisches Potential (5B) und eine Elektronendichte (5C) in Abhängigkeit von einer Tiefe y, die sich in den Halbleiterkörper erstreckt. Somit erlaubt ein Verändern einer lateralen Dimension bzw. lateraler Dimensionen und/oder einer Nettodotierstoffkonzentration des Kompensationsbereiches und einer Anordnung des Barrierebereiches eine gewünschte Einstellung einer Anodeneffizienz.
  • Die 5D und 5E zeigen statische Vorwärts- bzw. Durchlasskennlinien der drei Strukturen (1), (2) und (3). Wie aus 5D ersehen werden kann, ist die Stromkennlinie IF zu größeren Vorwärtsspannungen VF verschoben, wenn sich die Struktur von Struktur (1) zu Struktur (2) zu Struktur (3) einschließlich des Barrierebereiches verändert. Eine detaillierte Darstellung von 5D ist in 5E gezeigt, die den Spannungsbereich zwischen 0,7 V und 1,5 V veranschaulicht.
  • Eine Abhängigkeit der Kennlinien bzw. Eigenschaften der Halbleiterdiode 500 von der Nettodotierstoffkonzentration der Barrierebereiche ist in 6 gezeigt.
  • Durch Vorsehen einer Veränderung bzw. Variation einer Nettodotierstoffkonzentration längs einer vertikalen Richtung innerhalb des Kompensationsbereiches 144 kann ein Stromfluss durch den Kompensationsbereich 144 merklich reduziert werden. Die Emitterinjektionseffizienz ist so reduziert. Beide Maßnahmen, das Vorsehen der Barrierebereiche 142 und einer zweiten Zone 144b der Kompensationsbereiche 144, angrenzend an den ersten Elektrodenbereich 110, mit einer relativ niedrigen Nettodotierstoffkonzentration führen zu einer starken Verschiebung der Vorwärtskennlinien der Halbleiterdiode in der Vorwärtsspannungsrichtung. In einem Fall, in welchem die Vorwärtsspannung konstant gehalten werden sollte, ermöglichen die Struktur, wie diese in 3E gezeigt ist, und die Struktur (3) von 5A eine Anreicherung bzw. Steigerung der homogenen Dotierung der Kompensationsbereiche, durch welche ein zusätzlicher dynamischer Durchgriff bzw. Punch-Through des Raumladungsbereiches verhindert wird.
  • 7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterdiode in einem Halbleiterkörper, der einen Driftbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel. In einem Prozessmerkmal S100 wird ein erster Elektrodenbereich eines zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in dem Halbleiterkörper an einer ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers gebildet. In einem Prozessmerkmal S110 wird eine Superjunction- bzw. übergangstruktur zwischen dem Driftbereich und dem ersten Elektrodenbereich gebildet, wobei die Superjunctionstruktur einen Barrierebereich des ersten Leitfähigkeitstyps und einen Kompensationsbereich des zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst, die nacheinander längs einer lateralen Richtung und direkt aneinandergrenzend angeordnet sind. Eine Nettodotierstoffkonzentration des Barrierebereiches, gemittelt längs einer vertikalen Ausdehnung des Barrierebereiches, ist wenigstens dreimal größer als eine Nettodotierstoffkonzentration des Driftbereiches, gemittelt längs 20% einer vertikalen Ausdehnung des Driftbereiches, angrenzend an den Barrierebereich.
  • Anhand der 8A bis 8D wird ein Verfahren zum Herstellen der Halbleiterdiode 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Schnittdarstellungen zur Veranschaulichung der ausgewählten Prozesse beschrieben. In diesem Verfahren umfasst der Prozess zum Bilden des Barrierebereiches 142 ein Einführen von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps durch die erste Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper 100, wobei eine Diffusionskonstante der Dotierstoffe größer ist als eine Diffusionskonstante von anderen Dotierstoffen des ersten Elektrodenbereiches 110.
  • Wie aus den 8A und 8B ersehen werden kann, wird eine Barriereschicht 140a des ersten Leitfähigkeitstyps auf einem Driftbereich 120 innerhalb des Halbleiterkörpers 100, beispielsweise durch epitaktisches Wachstum oder Abscheidung bzw. Auftragung, gebildet. Die Barriereschicht 140a kann auch durch Einführen von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in die Driftzone 120 so gebildet werden, dass eine Nettodotierstoffkonzentration der Barriereschicht 140a, gemittelt längs einer vertikalen Ausdehnung der Barriereschicht 140a, wenigstens dreimal größer ist als eine Nettodotierstoffkonzentration des Driftbereiches, gemittelt längs 20% einer vertikalen Ausdehnung der Driftzone 120, angrenzend an die Barriereschicht 140a.
  • Wie in den 8C und 8D gezeigt ist, wird eine erste Elektrodenschicht 110a des zweiten Leitfähigkeitstyps auf der Barriereschicht 140a gebildet. Zusätzlich werden Dotierstoffsource- bzw. -quellenzonen 111, die Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen, auf der ersten Oberfläche 101 der ersten Elektrodenschicht 110a gebildet, wobei eine Diffusionskonstante der Dotierstoffe größer ist als eine Diffusionskonstante von anderen Dotierstoffen der ersten Elektrodenschicht 110a. In einem folgenden Diffusionsschritt werden die Kompensationsbereiche 144 durch Diffusion der Dotierstoffe der Dotierstoffsourcezonen 111 durch die erste Oberfläche 101 in die Barriereschicht 140a gebildet, um dadurch abwechselnde Barrierebereiche 142 und Kompensationsbereiche 144 innerhalb des Injektionseffizienzsteuerbereiches 140 zu bilden, der sandwichartig zwischen dem ersten Elektrodenbereich 110 und dem Driftbereich 120 vorgesehen ist.
  • Anhand der 9A bis 9F wird ein Verfahren zum Herstellen der Halbleiterdiode 500 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Schnittdarstellungen zur Veranschaulichung von ausgewählten Prozessen beschrieben. In diesem Prozess umfasst ein Bilden der Superjunctionstruktur ein Bilden eines Trenches bzw. Grabens 140b in dem Halbleiterkörper 100 an der ersten Oberfläche und ein Einführen von Dotierstoffen durch eine Seitenwand des Trenches 140b in den Halbleiterkörper 100.
  • Wie in 9A gezeigt ist, wird ein Driftbereich 120 in dem Halbleiterkörper 100 gebildet. Wie in 9B gezeigt ist, werden Trenches 140b innerhalb des Halbleiterkörpers 100 gebildet, wobei Teile des Halbleiterkörpers 100, die als Barrierebereiche 142 gebildet werden sollen, entfernt werden.
  • Wie in 9C oder in 9D gezeigt ist, werden Dotierstoffzonen 140c innerhalb des Halbleiterkörpers 100 angrenzend an innere Trenchwände der Trenches 140b gebildet, um die Kompensationszonen 144 durch einen geeigneten Ionenimplantationsprozess (9C) oder durch einen Plasmadotierungsprozess (9D) zu bilden.
  • Wie in 9C gezeigt ist, werden Dotierstoffe in eine Schicht des Halbleiterkörpers 100, die die Innenwände der Trenches 140b auskleidet, durch einen geneigten Ionenimplantationsprozess eingeführt. Zum Dotieren des Halbleiterkörpers 100 über die Seitenwände der Trenches 140b herab zu dem Bodenteil der Trenches 140b sollte der Implantationswinkel in Bezug auf das Geometrie- bzw. Seitenverhältnis der Trenches 140b gewählt werden. In dem dargestellten Beispiel wird lediglich eine laterale Seite der Trenches 140b dotiert, da die entgegengesetzte Seite der Trenches 140b durch den Halbleiterkörper 100 abgeschattet ist. Die entgegengesetzte Seite der Trenches 140b kann auch durch Wiederholen des obigen geneigten Ionenimplantationsprozesses unter einem verschiedenen Winkel dotiert werden.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel, das in 9D gezeigt ist, werden Dotierstoffe gleichmäßig in den gemusterten bzw. strukturierten Teil des Halbleiterkörpers 100 über die Seitenwände der Trenches 140b durch einen Plasmadotierprozess eingeführt. Ein Plasmadotieren der Barriereschicht 140a über Seitenwände der Trenches 140b erlaubt Hochdosis-Implantationen bei niedrigen Energien und ist auch bekannt als PLAD (Plasma-Dotieren) oder PIII (Plasma-Immersionsionenimplantation). Diese Methoden erlauben ein genaues Dotieren der Barriereschicht 140a an den Trenchseitenwänden. Ein konformes Dotieren der Barriereschicht 140a an den Trenchseitenwänden kann erzielt werden durch Anlegen einer Spannung an ein Substrat, das durch ein Hochfrequenz-(HF-)Plasma umgeben ist, das ein Dotierstoffgas enthält. Kollisionen zwischen Ionen und neutralen Atomen sowie das Vorspannen des Halbleiterkörpers 100 führen zu einer breiten ringförmigen Verteilung der Dotierstoffe, was ein homogenes Dotieren über die Trenchseitenwände erlaubt.
  • Wenn ein Dotieren mit PLAD vorgenommen wird, wird der die Trenches 140b aufweisende Halbleiterkörper 100 einem Plasma ausgesetzt, das Ionen von Dotierstoffen umfasst. Diese Ionen werden durch ein elektrisches Feld zu dem Halbleiterkörper 100 beschleunigt und werden in eine freiliegende Oberfläche des Halbleiterkörpers 100 implantiert. Eine implantierte Dosis kann eingestellt oder gesteuert werden über Gleichspannungsimpulse, beispielsweise negative Spannungsimpulse. Ein Faradaysystem erlaubt ein Einstellen oder Steuern bzw. Regeln der Dosis. Zwei Sätze von Spulen, d.h. eine horizontale Spule und eine vertikale Spule, erlauben ein Erzeugen des Plasmas und dieses homogen zu halten. Eine Ionendichte kann eingestellt werden über einen Abstand zwischen den Spulen und dem Substrat. Eine Wechselwirkung zwischen den vertikalen Spulen und den horizontalen Spulen erlaubt ein Einstellen oder Steuern von Homogenität und der Ionendichte.
  • Eine Eindringtiefe der Dotierstoffe in die Barriereschicht 140a und die Implantationsdosis können über eine gepulste Gleichspannung eingestellt werden, die zwischen dem Halbleiterkörper 100 und einem diesen umgebenden Schirmring liegt.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Dotieren des Halbleiterkörpers 100 durch Plasmadotieren ein Einführen der Dotierstoffe in die Barriereschicht 140a über die Seitenwände bei einer Dosis in einem Bereich von 5 × 1011 cm–2 bis 3 × 1013 cm–2 oder in einem Bereich von 1 × 1012 cm–2 bis 2 × 1013 cm–2. Diese vergleichsweise niedrige Dosis erfordert Modifikationen der typischerweise verwendeten gepulsten Gleichspannung. Typi sche Dosen, die 1015 cm–2 überschreiten, werden durch diese Techniken implantiert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Impulsabstand der Gleichspannungsimpulse in einen Bereich von 100 µs bis 10 ms, insbesondere zwischen 500 µs und 5 ms, eingestellt. Eine Gleichspannungsimpulsanstiegszeit ist beispielsweise auf einen Wert kleiner als 0,1 µs eingestellt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt eine Impulsbreite zwischen 0,5 µs bis 20 µs oder zwischen 1 µs bis 10 µs.
  • Nach einem Diffusionsschritt in 9E werden die Kompensationsbereiche 144 in einer thermischen Behandlung und einem Aktivierungsschritt gebildet. Zusätzlich werden die Barrierebereiche 142 zwischen den Kompensationsbereichen 144 beispielsweise durch epitaktisches Wachstum oder Abscheidung oder Auftragung gebildet, um dadurch die Trenches zu füllen, und der erste Elektrodenbereich 110 wird auf dem Injektionseffizienzsteuerbereich 140 gebildet, der die Barrierebereiche 142 und die Kompensationsbereiche 144 umfasst, wie dies in 9F gezeigt ist.
  • Anhand der 10A bis 10C wird ein Verfahren zum Herstellen der Halbleiterdiode 500 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Schnittdarstellungen zur Veranschaulichung von ausgewählten Prozessen erläutert. In diesem Prozess umfasst ein Bilden der Superjunctionstruktur weiterhin ein Bilden einer Halbleiterschicht 140d auf dem Driftbereich 120 und ein Implantieren von wenigstens einem Dotierstoff von n-Typ-Dotierstoffen und p-Typ-Dotierstoffen in die Halbleiterschicht 140d über eine Maske 140f.
  • Wie in den 10A und 10B gezeigt ist, wird eine Halbleiterschicht 140d durch epitaktisches Wachstum auf einem Driftbereich 120 in einem Halbleiterkörper 100 aufgetragen, und danach werden Dotierstoffzonen 140e mittels einer Maske 140f in der Halbleiterschicht 140d beispielsweise durch Ionenimplantation gebildet. Die Dotierstoffzonen 140e können von einem ersten Leitfähigkeitstyp in einem Fall sein, dass die Barrierebereiche 142 in den Dotierstoffzonen 140e gebildet werden. Die Dotierstoffzonen 140e können auch von einem zweiten Leitfähigkeitstyp in einem Fall sein, dass Kompensationsbereiche 144 in den Dotierstoffzonen 140e gebildet werden. Wie in 12B dargestellt ist, werden lediglich Dotierstoffzonen eines ersten oder eines zweiten Leitfähigkeitstyps durch Maskieren jeweils nach Bilden der epitaktischen Halbleiterschicht 140d eines zweiten oder ersten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps gebildet. Es ist jedoch auch möglich, eine intrinsische oder leicht dotierte epitaktische Schicht zu bilden und Dotierstoffzonen des ersten und zweiten Leitfähigkeitstyps durch Maskieren zu bilden, um die Barriere- und Kompensationsbereiche 142, 144 jeweils innerhalb der Barriereschicht 140a zu bilden. Wie in 10C gezeigt ist, wird ein erster Elektrodenbereich 110 auf dem Injektionseffizienzsteuerbereich 140 nach einem Aktivierungsschritt gebildet, um die Barrierebereiche 142 und die Kompensationsbereiche 144 zu bilden.
  • Anhand der 11A bis 11E wird ein Verfahren zum Herstellen der Halbleiterdiode 500 gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Schnittdarstellungen zur Veranschaulichung der gewählten Prozesse erläutert.
  • Wie in den 11A bis 11C gezeigt ist, wird eine Barriereschicht 140a des ersten Leitfähigkeitstyps auf dem Driftbereich 120 innerhalb des Halbleiterkörpers 100 beispielsweise durch epitaktisches Wachstum oder Abscheidung bzw. Auftragung oder durch Ionenimplantation oder Ein-Diffusion von Dotierstoffen gebildet. Die Barriereschicht 140a kann auch durch Einführen von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in die Driftzone 120 derart gebildet werden, dass eine Nettodotierstoffkonzentration der Barriereschicht 140a, gemittelt längs einer vertikalen Ausdehnung der Barriereschicht 140a, wenigstens dreimal größer ist als eine Nettodotierstoffkonzentration des Driftbereiches, gemittelt längs 20% einer vertikalen Ausdehnung der Driftzone 120 angrenzend an die Barriereschicht 140a. Ein erster Elektrodenbereich 110 eines zweiten Leitfähigkeitstyps wird innerhalb des Halbleiterkörpers 100 direkt angrenzend an die Barriereschicht 140a beispielsweise durch epitaktisches Wachstum oder Abscheidung bzw. Auftragung gebildet. Der erste Elektrodenbereich 110 kann auch innerhalb des Halbleiterkörpers 100 durch Einführen von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps in den Halbleiterkörper 100 gebildet werden.
  • Wie in 11D gezeigt ist, wird ein tiefer Implantationsprozess vorgenommen, um Dotierstoffe durch den ersten Elektrodenbereich 110 in die Barriereschicht 140a einzuführen, um dadurch Dotierstoffzonen 140g zu bilden. Nach einem Aktivierungsschritt werden die Barrierebereiche 142 und die Kompensationsbereiche 144 innerhalb der Barriereschicht 140a gebildet, um den Injektionseffizienzsteuerbereich 140 zu bilden, der sandwichartig zwischen dem ersten Elektrodenbereich 110 und dem Driftbereich 120 vorgesehen ist, wie dies in 11E gezeigt ist. Obwohl die tiefe Implantation von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps in die Barriereschicht 140a gezeigt ist, um die Kompensationsbereiche 144 zu bilden, ist es auch möglich, Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps in die Barriereschicht 140a zu implantieren, um Barrierebereiche 142 zu bilden, wobei die Barriereschicht 140a von einem Leitfähigkeitstyp ist, der entgegengesetzt zu dem Leitfähigkeitstyp der implantierten Dotierstoffe ist. Die Energie des tiefen Implantationsschrittes, der mit einer Maske 140h durchgeführt wird, kann in den Bereich von 1 bis 3 MeV als Beispiel sein.
  • Die Halbleiterdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel ermöglicht eine Anreicherung der Dotierstoffkonzentration und/oder eine Injektionstiefe des Emitterbereiches, ohne eine exzessive Zunahme eines Abschaltenergieverlustes, da die Barrierebereiche 142 innerhalb des Injektionseffizienzsteuerbereiches 140 lokal die Emitterinjektionseffizienz vermindern. Somit sind der spezifische Widerstand für einen Spitzenstrom und eine Robustheit gegenüber kosmischer Strahlung bzw. Höhenstrahlung gesteigert.
  • Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hier veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Gestaltungen für die spezifischen gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele herangezogen werden kann, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims (22)

  1. Halbleiterdiode, umfassend: einen Halbleiterkörper (100), der einen Injektionseffizienzsteuerbereich (140) zwischen einem Driftbereich (120) eines ersten Leitfähigkeitstyps und einem ersten Elektrodenbereich (110) eines zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aufweist, wobei der Injektionseffizienzsteuerbereich umfasst: eine Superjunctionstruktur, die einen Barrierebereich (142) des ersten Leitfähigkeitstyps und einen Kompensationsbereich (144) des zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst, die nacheinander längs einer lateralen Richtung angeordnet sind und direkt aneinandergrenzen, wobei eine Nettodotierstoffkonzentration des Barrierebereiches (142), gemittelt längs einer vertikalen Ausdehnung des Barrierebereiches (142), wenigstens dreimal größer ist als eine Nettodotierstoffkonzentration des Driftbereiches (120), gemittelt längs 20% einer vertikalen Ausdehnung der Driftzone angrenzend an den Barrierebereich (142).
  2. Halbleiterdiode nach Anspruch 1, bei der eine Bodenseite des Barrierebereiches (142) und des Kompensationsbereiches (144) auf einem gleichen vertikalen Pegel ist.
  3. Halbleiterdiode nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein Abstand zwischen einer Bodenseite des Barrierebereiches (142) und dem ersten Elektrodenbereich (110) kleiner ist als 80% eines Abstandes zwischen einer Bodenseite des Kompensationsbereiches (144) und dem ersten Elektrodenbereich (110).
  4. Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Barrierebereich (142) und der Kompensationsbereich (144) jeweils eine gleiche Breite längs einer lateralen Richtung haben.
  5. Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der ein Verhältnis von Breiten zwischen dem Barrierebereich (142) und dem Kompensationsbereich (144) längs der lateralen Richtung größer ist als 2.
  6. Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der ein Verhältnis von Breiten zwischen dem Kompensationsbereich (144) und dem Barrierebereich (142) längs der lateralen Richtung größer ist als 2.
  7. Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Superjunctionstruktur lateral eine Grenze zwischen einem aktiven Bereich (300), der den ersten Elektrodenbereich (110) umfasst, und einer Randabschlussstruktur (410) überlappt.
  8. Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der erste Elektrodenbereich (110) ein Anodenbereich ist.
  9. Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Nettodotierstoffkonzentration des Kompensationsbereiches (144) größer ist als 1 × 1016 cm–3.
  10. Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Nettodotierstoffkonzentration des Barrierebereiches (142) größer ist als 1 × 1016 cm–3.
  11. Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der eine Nettomenge an Dotierstoffen in dem Barrierebereich (142) und eine Nettomenge an Dotierstoffen in dem Kompensationsbereich (144) um weniger als 10% abweichen.
  12. Halbleiterdiode nach Anspruch 11, bei der der Barrierebereich (142) und der Kompensationsbereich (144) verschiedene laterale Breiten haben.
  13. Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der eine Nettodotierstoffkonzentration des ersten Elektrodenbereiches (110) eine laterale Veränderung umfasst, und bei der eine Nettodotierstoffkonzentration einer ersten Zone des ersten Elektrodenbereiches (110) direkt angrenzend an den Barrierebereich (142) niedriger ist als eine Nettodotierstoffkonzentration einer zweiten Zone des ersten Elektrodenbereiches (110) direkt angrenzend an den Kompensationsbereich (144).
  14. Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der eine Nettodotierstoffkonzentration des ersten Elektrodenbereiches (110) eine laterale Veränderung umfasst, und bei der eine Nettodotierstoffkonzentration einer ersten Zone des ersten Elektrodenbereiches (110) direkt angrenzend an den Barrierebereich (142) größer ist als eine Nettodotierstoffkonzentration einer zweiten Zone des ersten Elektrodenbereiches (110) direkt angrenzend an den Kompensationsbereich (144).
  15. Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der eine Nettodotierstoffkonzentration eine vertikale Veränderung umfasst, und bei der die Nettodotierstoffkonzentration einer ersten Zone des Kompensationsbereiches (144) direkt angrenzend an den Driftbereich (120) größer ist als eine Nettodotierstoffkonzentration einer zweiten Zone des Kompensationsbereiches (144) direkt angrenzend an den ersten Elektrodenbereich (110).
  16. Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der eine Breite einer ersten Zone des Kompensationsbereiches (144) angrenzend an den Driftbereich (120) größer ist als eine Breite einer zweiten Zone des Kompensationsbereiches (144) angrenzend an den ersten Elektrodenbereich (110).
  17. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterdiode in einem Halbleiterkörper (100), der einen Driftbereich (120) eines ersten Leitfähigkeitstyps umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Bilden eines ersten Elektrodenbereiches (110) eines zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in dem Halbleiterkörper (100) an einer ersten Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (100), und Bilden einer Superjunctionstruktur zwischen dem Driftbereich (120) und dem erste Elektrodenbereich (110), wobei die Superjunctionstruktur einen Barrierebereich (142) des ersten Leitfähigkeitstyps und einen Kompensationsbereich (144) des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, die nacheinander längs einer lateralen Richtung angeordnet sind und direkt aneinandergrenzen, wobei eine Nettodotierstoffkonzentration des Barrierebereiches (142), gemittelt längs einer vertikalen Ausdehnung des Barrierebereiches (142), wenigstens dreimal größer ist als eine Nettodotierstoffkonzentration des Driftbereiches (120), gemittelt längs 20% einer vertikalen Ausdehnung der Driftzone angrenzend an den Barrierebereich (142).
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem ein Bilden des Barrierebereiches (142) ein Einführen von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps durch die erste Oberfläche (101) in den Halbleiterkörper (100) umfasst, wobei eine Diffusionskonstante der Dotierstoffe größer ist als eine Diffusionskonstante von anderen Dotierstoffen des ersten Elektrodenbereiches (110).
  19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, bei dem ein Bilden der Superjunctionstruktur weiterhin umfasst: Bilden eines Trenches (140b) in dem Halbleiterkörper (100) an der ersten Oberfläche (101), und Einführen von Dotierstoffen durch eine Seitenwand des Trenches in den Halbleiterkörper (100).
  20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Dotierstoffe durch wenigstens einen Prozess aus Plasmaabscheidung, schräger Ionenimplantation und Diffusion eingeführt werden.
  21. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem ein Bilden der Superjunctionstruktur weiterhin umfasst: Bilden einer Halbleiterschicht (140d) auf dem Driftbereich (120), und Implantieren von wenigstens einem Dotierstoff aus n-Typ-Dotierstoffen und p-Typ-Dotierstoffen in die Halbleiterschicht (140d) über eine Maske(140f).
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei dem ein Bilden der Superjunctionstruktur weiterhin ein Implantieren von wenigstens einem Dotierstoff aus n-Typ-Dotierstoffen und p-Typ-Dotierstoffen bei Implantationsenergien in einem Bereich von 1 MeV und 3 MeV umfasst.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6217700B2 (ja) * 2015-07-21 2017-10-25 トヨタ自動車株式会社 ダイオード
DE102016117723A1 (de) 2016-09-20 2018-03-22 Infineon Technologies Ag Diodenstruktur eines Leistungshalbleiterbauelements
CN109638083B (zh) * 2018-12-29 2024-04-05 捷捷半导体有限公司 一种快恢复二极管及其制备方法
EP3748689A1 (de) * 2019-06-06 2020-12-09 Infineon Technologies Dresden GmbH & Co . KG Halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung davon
CN112820644B (zh) * 2020-12-31 2023-08-15 扬州扬杰电子科技股份有限公司 一种高阻断电压的氮化镓pn二极管及制备方法
EP4095888A1 (de) * 2021-05-28 2022-11-30 Hitachi Energy Switzerland AG Halbleiterbauelement mit einer reduzierten konzentration an kohlenstoffvakanzen und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4310444C2 (de) 1993-03-31 1995-05-11 Semikron Elektronik Gmbh Schnelle Leistungsdiode
EP0657933B1 (de) * 1993-12-13 2000-06-28 Consorzio per la Ricerca sulla Microelettronica nel Mezzogiorno Integrierte aktive Klammerungsstruktur für den Schutz von Leistungshalbleiterbauelementen gegen Überspannungen
DE4410444C2 (de) 1994-03-25 1998-02-26 Framatome Connectors Int LWL-Stecker
US5925910A (en) * 1997-03-28 1999-07-20 Stmicroelectronics, Inc. DMOS transistors with schottky diode body structure
DE19740195C2 (de) 1997-09-12 1999-12-02 Siemens Ag Halbleiterbauelement mit Metall-Halbleiterübergang mit niedrigem Sperrstrom
JP4447065B2 (ja) * 1999-01-11 2010-04-07 富士電機システムズ株式会社 超接合半導体素子の製造方法
GB0107408D0 (en) * 2001-03-23 2001-05-16 Koninkl Philips Electronics Nv Field effect transistor structure and method of manufacture
JP4119148B2 (ja) * 2002-04-02 2008-07-16 株式会社東芝 ダイオード
US20050275065A1 (en) * 2004-06-14 2005-12-15 Tyco Electronics Corporation Diode with improved energy impulse rating
US7045830B1 (en) * 2004-12-07 2006-05-16 Fairchild Semiconductor Corporation High-voltage diodes formed in advanced power integrated circuit devices
US8110869B2 (en) * 2005-02-11 2012-02-07 Alpha & Omega Semiconductor, Ltd Planar SRFET using no additional masks and layout method
JP2010199480A (ja) 2009-02-27 2010-09-09 Fuji Electric Systems Co Ltd 超接合ショットキーダイオード
US8933506B2 (en) 2011-01-31 2015-01-13 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Diode structures with controlled injection efficiency for fast switching
DE102011080258A1 (de) 2011-08-02 2013-02-07 Robert Bosch Gmbh Super-Junction-Schottky-Oxid-PiN-Diode
US9324625B2 (en) * 2012-05-31 2016-04-26 Infineon Technologies Ag Gated diode, battery charging assembly and generator assembly
CN103594523A (zh) * 2013-11-07 2014-02-19 哈尔滨工程大学 双层超结肖特基二极管

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CN105006489A (zh) 2015-10-28

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