JPH04502536A - 炭化珪素に形成された高速回復高温度整流ダイオード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明整流器は基板に第１導電型を与えるに充分なキャリア濃度を有する単結晶 炭化珪素基板と、この基板上に形成され基板と同一導電型の炭化珪素の第１エピ タキシャル層と、この第１エピタキシャル層上に形成されこれとは反対導電型の 炭化珪素の第２エピタキシャル層とを具える。これら第１および第２エピタキシ ャル層は、充分でない量の濃度の層が逆バイアス時にほぼ空乏状態となるに充分 な量だけ量的に異なる個別のキャリア濃度を有する。これら第１および第２エピ タキシャル層によってこれら層間に急峻なｐ−ｎ接合を形成する。

図面の簡単な説明 図１は本発明整流ダイオードの構成を示す断面図、図２は本発明円形メサ型整流 ダイオードの構成を示す斜視図、図３および図４は本発明整流ダイオードの他の 例の構成を示す側面図、 図５は一４００ｖのバイアス並びに常温および３５０℃で逆漏洩電流を強調する 本発明整流ダイオードの電流および電圧特性を示す特性図、 図６は室温および３５０°Ｃで４（ＬＯｍＡまでの順方向電圧降下を強調する順 方向バイアス時における電流対電圧の関係を示す特性図、 図７は本発明ダイオードの容量と一２０Ｖまでの逆バイアス電圧との間の関係を 示す特性図、 図８は本発明ダイオードの容量の二乗の逆数とゲート電圧との関係を直線的関係 で示す特性図、 図９は本発明ダイオードの二次イオン質量スペクトル計（ＳＩＭＳ）により測定 されたアルミニウム対深さの関係を示す特性図、 図１０は本発明による４００ｖダイオードの容量−電圧測定により測定されたｎ −型層における一２０Ｖ逆バイアスで空乏されたドナーのキャリア濃度対深さの 関係を示す特性図、図１１および図１２は室温および３５０℃でそれぞれ作動す る本発明ダイオードの逆回復時間を強調するスイッチング回路の電流と時間との 関係を示す特性図、 図１３は本発明ダイオードの逆ブレークダウン電圧、ブレークダウン時の空乏層 の幅、キャリア濃度、最大電界に対する測定値および期待値の関係を示す特性図 、図１４および図１５は室温および３５０℃でそれぞれ作動する本発明ダイオー ドの他の例の電流対電圧の関係をそれぞれ示す特性図である。

発明を実施するための最良の形態 図１は本発明整流ダイオード１０の第１例を示す断面図である。この整流ダイオ ード１０は基板に第１導電型、ｐ型またはｎ型を与えるに充分なキャリア濃度を 有する単結晶炭化珪素基板１１を具える。電子装置に既知のように、キャリア濃 度の２つの型は電子および正孔である。電子は亜属子粒子であり、正孔は電子が 移動し得る原子の空孔位置を表わす。電子がかかる原子位置に移動するにつれて 、これら電子は未充填位置、即ち、正孔に残り、従って電子装置の電流は電子流 となるか、または正孔流となり、それぞれのキャリヤ流は互いに逆方向に移動す るようになる。更にかかる技術から明らかなように、かかる炭化珪素のような材 料では、一般にキャリヤはドーパント、即ち、半導体材料自体よりも平衡位置に おける原子当たりの多数または少数の電子の何れかを有する原子によって導入さ れる。多数の電子を有するドーパントはドナー原子として既知であり、余分の電 子を発生する。炭化珪素の原子の場合よりも少数の電子を有する原子は余分の正 孔を発生し、アクセプタ原子と称される。

炭化珪素の第１単結晶エピタキシャル層１２は基板１１上に位置させるとともに 、このエピタキシャル層は同一導電型、即ち、ｐ型またはｎ型を有するが、その キャリヤ濃度は基板１１のキャリヤ濃度よりも低い。例えば、基板１１およびエ ピタキシャル層１２が双方ともｎ−型である場合には、基板１１のキャリヤの多 数は速記法ｎ＋によって従来のように表わすが、第１エピタキシャル層の通常の 濃度は多かれ少なかれ簡単にｎと称する。

炭化珪素の第２単結晶エピタキシャル層１３は第１エピタキシャル層上に位置し 、かつ、第１エピタキシャル層とは反対導電型を有し、しかも、本例ではそのキ ャリヤ濃度は第１エピタキシャル層１２のエピタキシャル濃度よりも大きい。こ れがため、好適例において前述したように、基板１１はｎ十層および第１エピタ キシャル層１２がｎ型の場合には、第２エピタキシャル層１３はｐ十層である。

この第２ｐ十エピタキシヤル層のキャリヤ濃度およびｎ子基板１１のキャリヤ濃 度は必ずしも互いに等しくする必要はない。ここにもちいられるように、一般的 な表示ｎと比較するに一般的な表示ｐ＋またはｎ層は、基板１１のキャリヤが第 １エピタキシャル層１２のキャリヤよりも多く、かつ、同様に、第２エピタキシ ャル層１３のキャリヤは第１エピタキシャル層１２のキャリヤよりも多いことを 示す。

整流接合から既知のように、接合のｐ型側およびｎ側型の夫々のキャリヤ濃度が 著しく相違する場合には、即ち、はぼ１桁以上相違する場合には、接合の各々の 側のキャリヤが移動して平衡を確立する傾向にあり、これにより一方の側のキャ リヤが他方の側のキャリヤよりも多くなる。特に、多く密集している側のキャリ ヤの多数が少なく密集している側に移動するようになる。例えば、接合がｐ＋− ｎである場合には、電子がｐ土層に移動するよりも更に多くの正孔がｎ層に移動 するようになる。

また、この特性自体は、逆バイアス状態の下で示されるため、キャリヤのの少な い層は逆バイアス時に顕著に空乏化されるようになる。

特定の例では、整流ダイオードｌＯは基板へのオーム接点１４および第２エピタ キシャル層１３への他のオーム接点１５を具える。特定の例では、基板１１への オーム接点１４はニッケルのような金属を具え、かつ、第２エピタキシャル層１ ３へのオーム接点１５はアルミニウムのような金属、または、例えばアルミニウ ム合金よりなるバイメタル接点を具える。他の好適な例では、整流ダイオードは 更にｐ−ｎ接合の近くに二酸化珪素の不活性化層１６を具える。

図１に示す例では、整流ダイオードはエピタキシャル層１２および１３並びに基 板１１の一部分が基板１１の残部よりも狭い横断面プロフィールを有する。この 構造では通常互いに隣接する多くの群に製造される個別のダイオードはエピタキ シャル層を損傷することなく、またはｐ−ｎ接合の影響を与えることなく、さも なくば、結晶構造の品質を変化させるようにして分離することができる。また、 ダイ片、即ち、基板の寸法を調整自在として種々の電流要求に対応し得るように する。

図２に示すように、本発明の一例では、エピタキシャル層１２および１３並びに オーム接点１５は一般にその形状を円形とする。この場合に形成される円形のｐ −ｎ接合によって他の幾何学的形状により生じる電界効果および電荷濃度の問題 を防止し得るようにする。更に上述した形状とすることによって不活性化を行う とともに上述したように、その接合を損傷することなく、ダイオードを分離する ことかできる。プレーナダイオードのような他の構成も可能であるが、この場合 には本発明のエピタキシャル成長技術の外に、拡散またはイオン注入をも必要と なる。

実際に密集のため、本発明整流ダイオードは所望のブレークダウン電圧が得られ るように形成する。かかるダイオードの特性は図１３に示す通りである。この図 １３では例えば１００Ｖのブレークダウンダイオードを設計する必要がある場合 に必要な濃度はほぼ２．４Ｘ１０”ｃｍ−１であり、ブレークダウン時の空乏層 の幅は０．６８μを必要とする。これがため、エピタキシャル層、この場合には ｎ−型層の厚さがブレークダウン電圧のパラメータを制限するのを防止するため には、代表的にはこれを最小空乏層の厚さ以上とする。これがため、かかる１０ ０Ｖブレークダウンダイオードに対しては第１エピタキシャル層１２はその厚さ を少なくとも０．６８μ程度とし、かつそのキャリヤ濃度をほぼ２．４ＸＩＯ′ ７ｃｍ−”とする。基板はそのキャリヤ濃度をほぼ１桁大きな値とし、第２エピ タキシヤルその１３はそのキャリヤ濃度を前記基板と同程度の値とする。前述し たように図１３の実線部分は測定したデータに基づく関係を表わし、点線部分は 測定した関係から期待した外挿を表わす。

特に、本発明整流ダイオードは図１３のラインＡＧに沿って゛選択され、ライン ＣＤの直接対向する水平点を規定する。関連ラインＡＧに沿う直接水平対向点の 垂直方向にすぐ下側に位置する図１３のラインＥＦの点から選択するとともに関 連するキャリヤ濃度（原子／ｃｍ”）はラインＣＤおよびラインＥＦに沿って規 定された点の直接垂直方向にすぐ下側に位置する図１３のラインＧＨの点から選 択する。

第１例のダイオードの特定の構成、即ち、一層密集したｎ子基板と、第２ｐ十エ ピタキシヤル層と第２ｐ十エピタキシヤル層とを有する構成によれば、順方向抵 抗を低くし、ブレークダウン電圧を高くし、かつ一層密集した第２エピタキシャ ル層１３によって急峻なｐ−ｎ接合を得るようにする。その結果３Ｖの順方向電 圧で約２００ｍＡの順方向電流特性および４００Ｖ以上の逆ブレークダウン電圧 を有するダイオードを得ることができる。前述したクロダによるダイオードのよ うなダイオードによれば、同じ３Ｖの順方向電圧で約４００μＡの順方向電流か 得られるだけである。同様に、クロダのダイオードは一１００Ｖでブレークダウ ンを呈するようになる。要約すれば本発明ダイオードによれば従来のダイオード よりも順方向バイアス時に大きくほぼ５００倍、逆方向バイアス時に大きくほぼ ４倍の性能を得ることかできる。　これら特定の結果は図５および図６に良好に 示す。

第１例において、ｐ＋−ｎ接合を用いることによりｎ−型エピタキシャル層は逆 バイアス時に顕著に空乏化されるダイオードの層とすることかできる。窒素は代 表的なｎ−型ドーパントであり、“浅い”ドナーとして特徴付けられ、この結果 キャリヤ濃度が温度と共に変化し、かつダイオードの電気特性がが変化し、その 結果一層深いレベルのドーパントよりも一層中庸となる。かかる装置から明らか なように、低くドープされたエピタキシャル層のキャリヤ濃度は本質的に装置の 逆バイアス特性を制圓する。従って、キャリヤ濃度はできるだけ一定に保持する のか好適である。これがため、ある状況の下では低くドープしたエピタキシャル 層はｐ−型の上にｎ−型を形成するのが好適である。その理由は、窒素（代表的 にはｎ−型ドーパント）のイオン化はアルミニウム（代表的にはｐ−型ドーパン ト）のイオン化よりも低い温度で変化するからである。

第１例における特定の構成に対する他の理由は、ｎ十型基板の一層良好な低い固 有抵抗と比較して、ｐ十型基板の固有抵抗か高くなるのを防止し得ることである 。更に、エピタキシャル層のｎ子持性によってｎ−型エピタキシャル層に空乏化 を生せしめる必要がある。本発明のダイオードは炭化珪素から形成するため、こ れらダイオードは代表的に作動する珪素のような他の材料よりなる半導体装置よ りも高い温度で作動させることができる。例えば、図５は、本発明整流ダイオー ドが３５０°Ｃの温度で作動するも、−４００ｖで８０μＡ程度の逆漏洩電流を 呈することを示す。図６は２５℃および３５０℃における同一ダイオードの順方 向バイアス特性を示す。

図３および図４はｎ−型エピタキシャル層のキャリヤ濃度が大きく、かつ、ｐ− 型層が結果として逆バイアスで優勢に空乏化する本発明整流ダイオードの他の例 をそれぞれ示す。図３は単結晶炭化珪素のｎ十−型の基板２０と、この基板２０ 上に形成され同一のｎ十−導電型の炭化珪素の第１単結晶エピタキシャル層２１ と、この第１単結晶エピタキシャル層２１上に形成されこおエピタキシャル層２ １とは反対導電型の第２単結晶エピタキシャル層２２とを示す。ｎ土量およびｐ −型で記号化されているように、第１エピタキシャル層２１は第２エピタキシャ ル層２２よりも少なくとも大きなキャリヤ濃度を有し、従って、第２エピタキシ ャル層２２は逆バイアス時に優勢に空乏化されるようになる。最も好適な例では 、第３単結晶エピタキシャル層２３を第２エピタキシャル層２２上に形成すると ともにそのキャリヤ濃度を第２エピタキシヤルその２２のキャリヤ濃度よりも大 きくしてダイオード全体に対する接触抵抗を減少し得るようにする。前述した例 におけるように、デビット型のＣＶＤはそれぞれ第１および第２エピタキシャル 層２１および２２間に急峻なｐ−ｎ接合を呈する。

説明の便宜上特に示さないが、これらダイオードには基板および第２エピタキシ ャル層、または第３エピタキシャル層（存在する場合）にそれぞれオーム接点を 設ける。

本発明によれば、本例も好適なダイオード特性を呈することを確かめた。第１例 につき前述したように、ある状況の下ではｐ−型層は逆バイアス時に優勢に空乏 化される層と比較するに幾分不適切である。その理由は、理論的に期待される活 性化ｐ−型トド−バント濃度に温度が及ぼす影響が大きいからである。

しかし、実際にはｐ−型エピタキシャル層は存在するドナー原子により幾分保障 されて、ｐ−型層のキャリヤ密集分布が論理的に期待されているほど温度により 著しく変動しない。

故意でなく保障されたｐ−型層または故意に保障されたｎ−型層を逆バイアス時 に優勢に空乏化される層として用いる場合には、この層内に少ないキャリヤ濃度 を得ることができる。順次この少ないキャリヤ濃度によってダイオードに対する ブレークダウン電圧を高くし、従って充分な所望の結果が得られるようにする。

炭化珪素から既知のように、保障されていないｎ−型結晶またはエピタキシャル 層はほぼｌ　Ｘ　ｌ　Ｏ”ｃｍ−”未満のキャリヤ濃度で製造することはできな い。これは一般にＣＶＤ成長処理の特性および使用するソースガスの純度に依存 する。

最小キャリヤ濃度に関するこれらの制限は、ｎ−型層およびｐ−型層の双方を僅 かに補償することによって解消でき、これによって５　ｘ　１０　”ｃｍ−’の ように低いキャリヤ分布を達成することができる。これがため上述した高いブレ ークダウン電圧を得ることができる。この例では、−５０００ｖ程度の高い逆ブ レークダウン電圧を一５５°Ｃないし３５０°Ｃの温度範囲全体に亘って期待す ることができる。同様に、２．７ｖ程度の低い順方向電圧でＩＯＡまでの順方向 電流を約２０°Ｃないし３５０°Ｃの温度範囲に亘って得ることができる。これ らダイオードは２０ｎｓ未満の、通常１０ｎｓ未満の逆回復時間で作動する。

これら半導体ダイオードから理解されるように、任意特定のダイオードに対し装 置の物理的な寸法はある性能特性を制限する。

これかため、大きな接合によって所定規格の順方向電圧で大きな電流を流すよう にする。

図３に示す構造は、ｎ子基板を有し、次いでｎ＋、ｐ−１ｐ＋工ピタキシヤル層 配置を有する構造であるが、このダイオードにｐ子基板および第１エピタキシャ ル層を設け、次いでｎ−およびｎ十エピタキシャル層を設けるようにすることも できる。

この場合にもｎ−型層が逆バイアス時に優勢に空乏化される際に上述したような 利点が得られる。

図４は本発明整流ダイオードの変形例である幾何学的に六角形状のダイオードを 示す。この幾何学的六角形状は図２に示す円形メサ型ダイオードに対する変形と するのが有利である。幾何学的六角形状は隅部を有するが、これら隅部は比較的 浅い。

更に、幾何学的六角形状は同一寸法のダイ片に対し大きな接合面積を有し、ガラ スカプセル封止装置に実装するのが簡単である。図１４および図１５は、６Ｈ− ３ｉＣに形成され、室温（図１４）および３５０°Ｃ（図１５）における電流対 電圧（Ｉ−Ｖ）を測定し、プロットした本発明ダイオードの追加の特性を示す。

この特定の装置にはｎ十型基板、第１ｎ＋型エピタキシヤル層、第２ｐ−型エピ タキシャル層、および第３ｐ十型エピタキシヤル層を設ける。このダイオードは 室温において４５５Ｖのピーク逆電圧（ＰＩＶ）に到達し、ここで電子なだれブ レークダウンが発生する。このブレークダウンはまず最初４μＡの逆漏洩電流で ほぼ４２０Ｖで発生し、次いで４５０Ｖで５０μＡまで増大する。その後、この 装置は電圧とともに直線的に増大する電流で電子なだれ的に作動する。図１４の 右側にはこの装置の順方向バイアス特性を示す。６Ｈ−３ｉＣのバンドギャップ は室温で２．９ｅＶである。これにより、約２．４ｖないし２．５Ｖの範囲でダ イオードのターンオン電圧に相当する内蔵接合電位を与えるようにする。これが ため、炭化珪素（ＳｉＣ）の直列抵抗により制限され、電流が電圧とともに急速 に増大する。換言すれば、抵抗が全体的に存在しない（実際には不可能）場合に 、電流は制限されなくなるが、ターンオン電圧は室温で２．４Ｖないし２．５ｖ の範囲に留まるようになる。

図１５は３５０℃で作動するダイオードの電流−電圧特性を示す。逆バイアス時 にはブレークダウン電圧が同様に保持されるようになる。しかし、−４００Ｖ〜 −４５０Ｖの曲線の丸め屈曲部によって特徴付けられるプレーブレークダウン電 圧は僅かに増大するだけである。この電圧増大はダイオードの逆飽和電流（Ｊ８ ）に寄与するキャリヤ以外の熱的に発生したキャリヤに基因するものである。３ ５０°ＣにおけるＪ８は１０−１４原子／　ｃ　ｍ　”である。

ダイオードが３５０°Ｃに加熱されると、ターンオン電圧は約２、ＯＶに減少す る。かように増大する温度による電圧の減少は材料のバンドギャップの減少、従 って真性キャリヤ濃度の増大の結果によるものである。

図７および図８は本発明により形成したダイオードの急峻な接合の特性を示す。

図７は供給電圧に対する容量の関係を直接プロットするとともに非直線性であり 、電圧が一層正となるにつれて容量か比例的に増大することを示す。更に重要な ことは、容量の二乗の逆数を供給電圧に対しプロットする場合に接合か傾斜より も急峻となるほぼ直線状の関係を図８に示す。従来の装置につき前述したように 、電圧に対しプロットした容量の三乗の逆数が直線状となる代わりに電圧に対し プロットした容量の二乗の逆数が非直線状となる場合には接合が傾斜し、この状 態は低いブレークダウン電圧装置および迅速に作動し得ないダイオードに生じる 。

図９は図８により示される結果を確認する他の測定技術の結果を示す。図面から 明らかなように、図９はアルミニウム（ｐ＋型エピタキシャル層のアクセプタ原 子）分布およびｐ−ｎ接合を横切る際のその変化のＳＩＭＳプロットである。グ ラフに示される急峻な垂直方向の降下はアクセプタ原子分布が接合で急速にかつ 強烈に変化して本発明ダイオードに所望の特性を与えることを示す。図１０は容 量−電圧測定により決まる未補償ｎ−型エピタキシャル層のキャリヤ濃度を示す 。ここで図示され、図１３でも示すように、５８０ＶのＶ□を示すダイオードは ｎ−型エピタキシャル層のほぼ２，２ｘｌＯ”ｃｍ−１のキャリヤ濃度から得る ことができる。

また、本発明により形成したダイオードは高い周波数で作動し得る場合を示す。

即ち、これらダイオードは高周波の交流を整流することができる。かかる装置で 既知のように、逆バイアスを整流ダイオードにかけ、ダイオードにより逆電流が 流れるのを防止する場合には接合に隣接して空乏領域が形成されるようになる。

この空乏領域はある容量を有し、逆バイアスを除去して順方向バイアスをかけた 後消費するまでに時間を要する。

この時間周期は逆回復時間（ｔ　ｒｔ）として既知である。炭化珪素（ＳｉＣ） では、少数キャリヤの寿命は極めて低く、従って、少数キャリヤの寿命に直接比 例する逆回復時間は著しく短くなる。それにもかかわらず、本発明以前には測定 し得る逆回復時間を得るに充分良好な整流ｐ−ｎ接合は得られなかった。

しかし、図ｉｔおよび図１２にグラフで示すように、本発明整流ダイオードは逆 回復時間データの実験的測定を行うに充分な品質を示す。従って最大で約５ｎｓ ないし８ｎｓの短い最大逆回復時間を決めることができた。同様に、高温度でも 同様の性能を期待することができる。代表的には、珪素において１００ｎｓない し２００ｎｓの逆回復時間を有する整流ダイオードをまず最初考察する。ショッ トキーダイオードはある程度迅速であるが、逆バイアス時にほぼ一２００Ｖに制 限されるようになる。これがため、逆回復時間は所定特定の装置の特性となる。

この点本発明により形成されたダイオードはｌｏｎｓ未満の逆回復時間を有する 。

本発明整流ダイオードは、軸外れ炭化珪素基板に炭化珪素エピタキシャル層を成 長する有効な化学蒸着法を記載した前述したデビス等の記載に従って形成する。

説明を明瞭かつ簡潔にするために、本発明で記載された従来技術に述べられた化 学蒸着技術は“デビスー型”化学蒸着（ＣＶＤ）と称される。デビス型ＣＶＤを 用いて製造されたダイオードでは、基板はアルファ型炭化珪素を具え、かつ、＜ １１２０＞方向の１つにほぼ向かってその基本面に対し１度以上の軸外れで傾斜 する平坦なインターフェース面を有する。ここに用いるように、ボールド印刷表 示、例えば、”２”はミラー指数系で“負”の軸、即ち、結晶に対し選択された 基本ミラー指数軸とは反対方向に測定すた軸を表わす。また、第１エピタキシャ ル層はアルファ炭化珪素を具え、かつ基板のインターフェース面にホモエピタキ シャルに堆積される。

エピタキシャル層は成長させながらドープすることができるため、これらエピタ キシャル層はイオン注入を必要とせず、イオン注入により生じ得る結晶欠陥を防 止することができる。更に、イオン注入技術は隣接するｎおよびｎ土層またはｐ およびｐ土層に適用することはできない。例えばｎ土層はｎ層にイオン注入でき るか、ｎ層はｎ土層の補償（即ち、活性量のドナーおよびアクセプタ原子が存在 すること）無くｎ土層にイオン注入することはできない。

更に、ＣＶＤ成長は厚さ制御を可能とし、これによりある程度まで形成された空 乏層制御し、従ってブレークダウン電圧に影響を及ぼすようになる。最後に、エ ピタキシャル層の結晶特性は一般に構造的に良好でバルク成長層の場合よりも少 量の不鈍物を搬送する。

炭化珪素から形成したダイオードから収集している。しかし、他のポリタイプを エピタキシャル層および基板として用意することもできるとともに特性的な利点 を有する。例えば、４Ｈ１１５Ｒおよび３Ｃポリタイプは全て本発明ダイオード に適用することができる。６Ｈポリタイプは広いバ・ンドギャップを有するとと もに高温度で実行でき、しかも、バルク形態で最も一般的に形成することができ る。４Ｈポリタイプは最高のバンドギャップ（３，２ｅＶ）浅いアルミニウムお よび窒素ドーピングレベル並びに６Ｈポリタイプよりも大きな電子移動度を有す る。

同様に３Ｃポリタイプは６Ｈポリタイプよりも高い電子移動度、浅いバンドギャ ップおよびｐ−ｎ接合に対する関連する低い内蔵電位を有する。最後に、１５Ｒ ポリタイプは６Ｈの場合よりも低い窒素ドーパントに対する活性化エネルギー並 びに高い電子移動度を有する。

整流ダイオード並びにその製造方法および特性から明らかなように、一旦特定の 組の特性が確立されると、広範囲の性質を有するダイオードの製造を行うことが できる。これがため、本発明ダイオードの特性が示されると、−５０００Ｖ程度 の大きな逆バイアス電圧を有するダイオードを本発明の１部分とじて期待できる 。かかるダイオードは約−５５°Ｃから少なくとも３５０℃の温度範囲かかる特 性を示すものとして期待される。ダイオードの選択された例はその所定の規格の 逆ブレークダウン電圧まで２５μ八程度の大きくない逆漏洩電流を呈するように なる。他の例ではもはや１００μ八程度の大きくない逆漏洩電流を３５０°Ｃま での温度で呈するとともに特定の例では２５°Ｃで一４００ｖで８μＡ程度の大 きくない逆漏洩電流を呈することができる。

３５０°Ｃの温度で、２．９Ｖで４００ｍＡの順方向の電流が開発された。室温 （２５°Ｃ）で３．２Ｖで４００ｍＡの順方向電流が代表的に観察され、２．７ Ｖ程度の低い電圧で４００ｍＡの電流が観察された。

２００ｎｓ未膚の逆回復時間か得られた。その理由は１００゜２０、および１Ｏ ｎｓ未満の逆回復時間１１１を有するため、および前述したように、特定の例で は２５°Ｃで６ｎｓ未満のおよび３５０°Ｃて７ｎｓ未満の逆回復時間を得るこ とができた。

かかる整流ダイオードはその最大例示的特性値によって特徴を規格化することが できた。これがため、本発明は上述した例にのみ限定されるものではなく、要旨 を変形しない範囲内で種々の変形または変更を行うことができる。

柿佃咋補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成３年６月１ ４日

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. １．基板を第１導電型とするに充分なキャリヤ濃度を有する単結晶炭化珪素基板 と；この基板上に形成され前記基板と同一導電型の炭化珪素の第１単結晶エピタ キシヤル層と；前記第１エピタキシヤル層上に形成され前記第１エピタキシヤル 層とは反対導電型の炭化珪素の第２エピタキシヤル層とを具え、前記第１および 第２エピタキシヤル層はその各々のキャリヤ濃度を、少ない濃度を有するエピタ キシヤル層が逆バイアス時に優勢に空乏化されるに充分な量だけ相違させ、前記 これら第１および第２エピタキシヤル層によってこれら層間に急峻なｐ−ｎ接合 を形成するようにしたことを特徴とする超高速高周波高温整流ダイオード。
2. ２．前記第１エピタキシヤル層はそのキャリヤ濃度を前記第２エピタキシヤル層 のキャリヤ濃度よりも高くして前記第２エピタキシヤル層が逆バイアス時に優勢 に空乏化するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の整流ダイオード。
3. ３．前記第２エピタキシヤル層はそのキャリヤ濃度を前記第１エピタキシヤル層 のキャリヤ濃度よりも高くして前述第１エピタキシヤル層が逆バイアス時に優勢 に空乏化するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の整流ダイオード。
4. ４．前記第２エピタキシヤル層上に設けられた第３エピタキシヤル層を更に具え 、この第３エピタキシヤル層はその導電型を前記第２エピタキシヤル層の導電型 と同一とするとともにそのキャリヤ濃度を前記第２エピタキシヤル層のキャリヤ 濃度よりも高くして前記ダイオードヘの接触抵抗を減少せしめるようにしたこと を特徴とする請求項１に記載の整流ダイオード。
5. ５．前記炭化珪素基板は、アルファ型の炭化珪素を具えるとともに〈１１２０〉 方向の１つにほぼ向かってその基本面に対し１度以上の軸外れで傾斜する平坦な インターフェース面を有し、かつ、前記第１エピタキシヤル層は前記基板インタ ーフェース面にホモエピタキシヤルに堆積されたアルファ型の炭化珪素を具える ことを特徴とする請求項１に記載の整流ダイオード。
6. ６．前記接合に隣接して熱成長された二酸化珪素の不活性化層を更に具えること を特徴とする請求項１に記載の整流ダイオード。
7. ７．基板を第１導電型とするに充分なキャリヤ濃度を有する単結晶炭化珪素基板 と；この基板上に形成され前記基板と同一導電型の炭化珪素の第１単結晶エピタ キシヤル層と；前記第１エピタキシヤル層上に形成され前記第１エピタキシヤル 層とは反対導電型を有し、かつ、そのキャリヤ濃度が前記第１単結晶エピタキシ ヤル層を逆バイアス時に優勢に空乏化するように前記第１エピタキシヤル層のキ ャリヤ濃度よりも高い炭化珪素の第２エピタキシヤル層とを具え；これら第１お よび第２エピタキシヤル層によってこれら層間に急峻なｐ−ｎ接合を形成するよ うにしたことを特徴とする超高速高周波高温整流ダイオード。
8. ８．前記基板をｎ−型アルファ炭化珪素で形成し、前記第１エピタキシヤル層を ｎ−型アルファ炭化珪素により形成し、前記第２エピタキシヤル層をｐ−型アル ファ炭化珪素で形成するようにしたことを特徴とする請求項７に記載の整流ダイ オード。
9. ９．前記第１単結晶エピタキシヤル層はそのキャリヤ濃度を前記基板のキャリヤ 濃度よりも低くするようにしたことを特徴とする請求項７に記載の整流ダイオー ド。
10. １０．前記基板に設けられニッケルで形成されたオーム接点と、前記第２エピタ キシヤル層に設けられアルミニウムを含有するバイメタル合金で形成された他の オーム接点とを更に具えることを特徴とする請求項７に記載の整流ダイオード。
11. １１．前記炭化珪素は６Ｈ、３Ｃ、４Ｈおよび１５Ｒよりなる群から選択された ポリタイプを有することを特徴とする請求項１に記載の整流ダイオード。
12. １２．供給電圧と容量との間の関係は容量の二乗の逆数と供給電圧との間の関係 がほぼ直線状の関係となるような関係とすることを特徴とする請求項７に記載の 整流ダイオード。
13. １３．−５５℃ないし３５０℃の温度範囲での作動中、−５０００Ｖ程度に高い 逆ブレークダウン電圧を有することを特徴とする請求項７に記載の整流ダイオー ド。
14. １４．２５℃の温度での作動中、２．７Ｖ程度の低い順方向電圧で少なくとも４ ００ｍＡの順方向電流を有することを特徴とする請求項７に記載の整流ダイオー ド。
15. １５．３５０℃の温度での作動中、２．２Ｖ程度の低い順方向電圧で少なくとも ４００ｍＡの順方向電流を有することを特徴とする請求項７に記載の整流ダイオ ード。
16. １６．約２０℃ないし約３５０℃の温度範囲に亘って２．７Ｖ程度の低い順方向 電圧で１０Ａまでの順方向電流を有することを特徴とする請求項７に記載の整流 ダイオード。
17. １７．２５℃の温度での作動中、所定規格逆ブレークダウン電圧まで２５μＡ程 度の逆漏洩電流を有することを特徴とする請求項７に記載の整流ダイオード。
18. １８．３５０℃の温度での作動中、所定規格の逆ブレークダウン電圧まで１００ μＡ程度の逆漏洩電流を有することを特徴とする請求項７に記載の整流ダイオー ド。
19. １９．２５℃の温度での作動中、−４００Ｖで８μＡ程度の逆漏洩電流を有する ことを特徴とする請求項７に記載の整流ダイオード。
20. ２０．３５０℃の温度での作動中、−４００Ｖで８０μＡ程度の逆漏洩電流を有 することを特徴とする請求項７に記載の整流ダイオード。
21. ２１．２００ｎｓ未満の逆回復時間を有することを特徴とする請求項１に記載の 整流ダイオード。
22. ２２．１０ｎｓ未満の逆回復時間を有することを特徴とする請求項１に記載の整 流ダイオード。
23. ２３．２５℃の作動温度で６ｎｓまたはそれ以下の低い逆回復時間を有すること を特徴とする請求項７に記載の整流ダイオード。
24. ２４．３５０℃の作動温度で７ｎｓまたはそれ以下の低い逆回復時間を有するこ とを特徴とする請求項７に記載の整流ダイオード。
25. ２５．図１３のラインＡＧに沿いこれから選択されラインＣＤ上に水平方向の対 点を規定するブレークダウン電圧（Ｖ）と、前記ラインＣＤに沿う前記規定点か ら下降する垂線と交わる図１３のラインＥＦ上の点および前記ラインＡＧに沿う 前記水平対点から選択した関連する空乏層の幅（μ）と、前記ラインＣＤおよび 前記ラインＥＦに沿う前記規定点から下降する垂線と交わる図１３のラインＧＨ 上に点から選択した関連するキャリヤ濃度（原子／ｃｍ３）とを有することを特 徴とする請求項７に記載の整流ダイオード。
26. ２６．基板を第１導電型とするに充分なキャリヤ濃度を有する単結晶炭化珪素基 板と；この基板上に形成され前記基板と同一導電型の炭化珪素の第１単結晶エピ タキシヤル層と；前記第１エピタキシヤル層上に形成され前記第１エピタキシヤ ル層とは反対導電型の炭化珪素の第２エピタキシヤル層とを具え；前記第１エピ タキシヤル層はそのキャリヤ濃度を、第２エピタキシヤル層が逆バイアス時に優 勢に空乏化されるに充分な量だけ前記第２エピタキシヤル層のキャリヤ濃度より も高くし；更に第２エピタキシヤル層上に設けられこの第２エピタキシヤル層と 同一の導電型を有し、かつ、ダイオードヘの接触抵抗を減少せしめる前記第２エ ピタキシヤル層よりも高いキャリヤ濃度を有する第３モノエピタキシヤル層とを 具え；これら第１および第２エピタキシヤル層によってこれら層間に急峻なｐ− ｎ接合を形成するようにしたことを特徴とする超高速高周波高温整流ダイオード 。
27. ２７．前記基板および前記第１エピタキシヤル層はｎ−型アルファ炭化珪素を具 え、かつ前記第２および第３エピタキシヤル層はｐ−型アルファ炭化珪素を具え ることを特徴とする請求項２６に記載の整流ダイオード。
28. ２８．−５５℃ないし３５０℃の温度範囲での作動中、−５０００Ｖ程度の高い 逆ブレークダウン電圧を有することを特徴とする請求項２６に記載の整流ダイオ ード。
29. ２９．２０℃ないし３５０℃の温度範囲に亘って２．７Ｖ程度の低い順方向電圧 で１０Ａまでの順方向電流を有することを特徴とする請求項７に記載の整流ダイ オード。
30. ３０．３５０℃の温度での作動中、所定規格の逆ブレークダウン電圧まで１００ μＡ程度の逆漏洩電流を有することを特徴とする請求項２６に記載の整流ダイオ ード。
31. ３１．２０ｎｓ程度の逆回復時間を有することを特徴とする請求項１に記載の整 流ダイオード。