KR0150793B1 - 탄화규소로 제조된 초고속 고온 정류다이오우드 - Google Patents

Abstract

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Description

[발명의 명칭]

탄화규소로 제조된 초고속 고온 정류다이오우드

[발명의 분야]

본 발명은 반도체재료로 제조된 정류기에 관한 것으로, 특히 탄화규소로 제조된 고온 고주파수 정류다이오우드에 관한 것이다.

[발명의 배경]

전력 전자공학 기술은 전자적전력소자들을 이용하여 전력의 변환, 제어, 상태조절을 다루는 공학분야이다.

전자적 전력은 전자의 기본형태(교류 또는 직류), 유효전압 또는 전류, 주파수 및 전력으로 제어될 수 있다.

바꾸어서, 전력의 제어는 모터의 속력, 가열장치의 온도 또는 광의 발생이나 측정과 같은 비-전기적 인자들을 유지 또는 조절하는데 자주 사용된다. 전력의 제어는 마찬가지로 컴퓨터의 작동, 제어 및 응용의 기본을 이루는 논리회로에도 사용된다.

현재의 과학기술에서, 고체소자들은 전력의 변환, 제어 및 상태 조절과 같은 대부분의 응용부분에서, 뿐만아니라 컴퓨터산업에서 거의 국제적인 지지를 받아왔다.

반도체소자들은 신뢰도가 더욱 크며, 속도가 더욱 빠르고, 효율이 더욱 높으며, 크기가 더욱 작고, 생산단가가 종종 더욱 낮은 편이다.

고체소자의 한 기본타입은 정류다이오우드이다. 전자소자에 친숙한 사람들이 잘 아는 바와 같이, 다이오우드는 반도체소자들중에서 가장 간단한 종류로서, 다이오우드의 가장 직접적인 사용은 교류를 직류로 변환시키는 정류작용이다.

다이오우드는 전자들을 한방향으로 흐르게 하고 다른 방향으로는 흐르지 못하게 한다는 점에서 전자흐름에 대하여 한방향장벽으로서 작용을 한다. 따라서, 다이오우드는 스위칭소자로서 적합하다. 전자공학 용어에 있어서, 다이오우드는 전류를 순방향으로 통과시키며 (순방향 바이어스) 역방향으로 전류를 차단한다고 (역방향 바이어스) 말한다.

어떤 주어진 다이오우드의 특성은 일반적으로 그 다이오우드에 가해진 전압(V)과 전류(I) 사이의 관계에 의하여 결정된다.

그러나, 전자소자에 친숙한 사람들이 잘 아는 바와 같이, 항상 전류가 역방향으로 완전히 차단되는 것은 결코 아니다. 역방향전압(V_R)이 가해질 때, 다이오우드를 통하여 적은량의 역방향전류(I_R)가 흐르게 된다. 따라서 어떤 다이오우드의 역방향전류는 주어진 역방향전압에서 흐르는 전류의 양으로 정의된다. 그러나, 역방향전압의 상태에서, 그 전압의 양은 결국 다이오우드의 정류 또는 전자차단능력이 완전히 파괴되는 지점까지 도달하게 된다.

이 점을 역방향 항복전압(V_BR) 이라 하며, 다이오우드가 공핍층에서 캐리어의 터널링 또는 전자사태를 겪는 점을 나타낸다. 이 전압에서, 전류는 급격히 증가하며, 만약 제한되지 않는다면, 높은 와트량과 그에따른 파괴적인 열로 인하여 다이오우드는 일반적으로 파괴되어 버린다.

일반적으로, 다이오우드의 작동은 다음 다섯개의 기본적인 특성들을 사용하여 나타낼 수 있다 :

순방향전류(I_F), 다이오우드가 타버리지 않고 처리할 수 있는 전류량 : 순방향전압(V_F), 필요한 순방향 전류준위를 만들기 위해 필요한 전압준위 : 역방향전류(I_R), 주어진 역방향전압에서 다이오우드를 통해 누설되는 전류량 : 역방향 항복전압(V_BR), 역방향전류의 흐름이 매우 급격하게 증가하기 시작하는 지점을 넘어서는 역방향전압 : 및 역방향 회복시간(t_rr), 다이오우드가 순방향전도에서 회복하여 다시 역방향전류를 차단하기 시작하는데 걸리는 시간.

역방향 회복시간은 주어진 다이오우드 또는 정류기가 처리할 수 있는 교류의 주파수를 규정하는데 있어서 중요한 특성이다. 다이오우드에 가해진 교류의 주파수가 높을수록, 이 전류를 정류하기 위하여 다이오우드는 더욱 빨리 응답해야 한다.

물론, 그와 같은 소자의 특성은 반도체소자를 형성하는 물질에 따라 크게 다르다. 서로 다른 물질은 서로 다른 고유의 전자특성과 능력을 가지며, 또한 어떤 주어진 반도체물질에 있어서, 제작될 수 있는 소자들의 물질은 일반적으로 결정구조, 순도 및 그러한 물질이 첨가될 적합한 도우핑에 따라 다를 것이다.

탄화규소는 오랫동안 그러한 반도체 전자소자를 제작하는데 사용하기 위한 후보물질이 되어왔다. 탄화규소는 그러한 사용에 이론적으로 유리하게 만드는 특성들을 많이 가지고 있다. 이들 특성들은 넓은 밴드갭, 높은 열전도도, 낮은 유전상수 높은 포화전자드리프트속도, 높은 항복전기장, 낮은 소수캐리어 수명시간, 및 높은 해리온도등이다. 통틀어 생각하면, 이들 특성들은 탄화규소로 제조된 반도체소자들이 다른 반도체로 제조된 소자들보다 훨씬 높은 온도에서, 뿐만아니라 더욱 높은 속도와 더욱 높은 전력준위에서 작동할 수 있다는 것을 의미한다.

그럼에도 불구하고, 탄화규소로 제조된 정류다이오우드와 다른 반도체전자소자들은 아직까지는 실험실연구 이상의 어떤 환경에 가시적으로 모습을 나타내지 못하고 있으며 상업적인 가능성에 도달하지 못하고 있다. 성공에 이르지 못한 이유는, 적어도 부분적으로는, 탄화규소를 가공하는데 있어서의 어려움에 있다. 탄화규소는 극히 단단한 물질로서, 종종 연마제로서 사용된다. 탄화규소는 종종 다른 물질들이 가공될 수 없는 극히 높은 온도에서 작업이 이루어져야하며, 그리고 반도체의 견지에서, 오히려 작은 열역학적인 차이에 의하여 대부분이 분리된, 150 폴리타입 이상으로 결정화된다. 이들 후자의 이유들 때문에, 특정소자들에 필요한 탄화규소의 단결정질 박막의 제작, 그리고 서브스트레이트와 다른 응용부분에 유용한 탄화규소의 대형 단결정의 제작은 도달하기 어려운 목표로 남아있다.

또한, 다른 물질들에 대하여 성공적으로 개발되었던 특정한 도우핑기술들이 탄화규소에 사용되었을때는 성공적이지 못함이 증명되었다. 마지막으로, 정류목적에 적합한 p-n 접합은 성공적인 그리고 실용적이고 상업적인 모습을 갖추어야 한다.

그러나, 최근에 많은 개발이 일어나서 탄화규소의 단결정체와 박막성장에 성공적인 성과를 거두었다.

이들은 여러개의 미국 특허 또는 미국특허출원에 기술되어 있는데, 예를들면 다음과 같다 :

Growth of Beta-SIC Thin Films and Semiconductor Devices Fabricated Thereon이라는 명칭으로 출원한 Davis 등의 특허출원(출원번호 : 제 07/113,921 호, 출원일 : 1987. 10. 26) :

Homoepitaxial Growth of Alpha-SIC This Films and Semiconductor Devices Fabricated Thereon

이라는 명칭으로 출원한 Davis 등의 특허출원(출원번호 : 제07/113,573, 출원일 : 1987. 10. 26) : Dry Ethching of Silicon Carbide 이라는 명칭으로 Palmour에게 특허된 특허 제4,865,685호 : 및 Sublimation of Silicon Carbide to Produce Large, Device Quality Single Crystals of Silicon Carbide 이라는 명칭으로 Davis 등에게 특허된 특허 제 4,866,005호.

적합하고 정의된 작동특성을 갖는 p - n 접합의 제작은 정류다이오우드를 제작하는데 기본적인 공정이다. 따라서, 탄화규소의 이론적인 장점들과 정류다이오우드를 포함하여 소자들을 개발하기 위하여 접합들을 제작하려는 필요성이 주어져, 탄화규소에 그와 같은 접합들을 제작하는 방법에 굉장한 관심이 있어왔다. 대부분의 이들 노력은 용해 접합이라는 것을 만드는 방법을 개발했다. 그와 같은 접합에서, p - 타입과 n - 타입 탄화규소의 교번하는 영역은 서로 접촉을 형성하여 p - n 접합을 형성한다.

전형적인 기술들은 그 탄화규소의 표면 위에 직접 도우펀트 금속을 녹여서 그 도우펀트의 일부가 탄화규소 속으로 용해하여 반대로 도우핑된 영역을 만들도록하여, 그 경계면이 p - n 접합을 형성한다. 다른 기술로는 분리되어 형성된 부분의 p - 타입과 n - 타입 탄화규소를 이용하는데, 여러 가지 방법을 사용하여 그들을 차례로 용해하여 p - n 접합을 형성시킨다. 또 다른 것으로는 반대의 전도타입을 가지는 탄화규소의 서브스트레이트 위에 p 또는 n - 타입 탄화규소 에피택설층을 성장시키는 것이다. 많은 방법들이 용매에 근거한 기술들이다. 관련된 미국 특허출원에는, 이온임플렌테이션 기술을 사용하여 적합한 접합을 만들었다는 것이 설명되어 있는데, 그것은 1989년 5월 24일에 Implantation and Electronical Activation of Dopants Into Monocrystalline Silicon Carbide 라는 명칭으로 출원한 미국특허번호 제 07/365, 333 호이다.

유사하게, 탄화규소로된 성공적인 정류다이오우드를 만들려는 시도가 많이 있어왔다. 이러한 시도에는 특정금속과 n -타입 또는 p - 타입 탄화규소 사이의 정류접촉 (쇼트키 다이오우드), 앞서 기술된 용해기술, 탄화규소에 금속정류접촉을 침적시키고, 탄화규소를 포함하는 다이오우드 물질들 사이에 계단형 천이를 만들며, 또한 탄화규소로된 정류접합다이오우드에서 활동층으로서 유리질의 아모르퍼스 물질의 박층을 사용하기 위한 전기방전 또는 스퍼터링기술이 있다.

보다 최근에, 또한 앞서 언급한 바와 같이, 규소와 탄화규소 서브스트레이트 위에 고품질의 탄화규소 에피택셜층을 만들기 위하여 화학기상증착(CVD)을 사용하는 탄화규소 성장 기술들이 논증되어 왔다. 이들 기술을 이용하여, 여전히 다른 연구진들은 탄화규소로된 정류다이오우드를 성공적으로 형성시키려고 노력해왔다. 예를 들어보면, 1987년 토쿄에서 열린 고체소자 및 물질에 관한 제19차 회의의 수록집 P. 227-230 에 실린 Kuroda 등의 Stepped Controlled VPE Growth of SIC Single Crystals at Low Temperatures 이라는 논문은 CVD 기술을 이용하여 인접한 p 및 n 에피택셜층을 형성 시킴으로써 탄화규소로된 다이오우드를 만들려는 그들의 시도를 기술했다.

그들의 논문에서, Kuroda 등은 역방향 항복전압이 약 100 볼트이며 순방향전류는 약 3 볼트에서 약 400 마이크로암페어인 다이오우드의 제작을 보고했다. Kuroda 등은 역방향 회복시간과, 정류다이오우드에서의 중요한 특성을 보고하지 않았으며, 또한 경사형 p - n 접합을 제작하였다.

그와 같은 소자에 익숙한 사람들에게 잘 공지된 바와 같이, 그 접합의 특성은 본질적으로 전체소자의 특성을 한정할 것이다. 경사형 접합이란 접합을 가로질러 1 또는 수 마이크론 길이를 포함하는 얼마간의 거리로 연장하는 서로 다른 타입의 전하캐리어(전자 및 정공)사이에 경사가 존재하는 접합이다.

반대로, 급전형 접합에서는 캐리어의 한 타입에서 다른 타입으로 급격히 변한다. 그와 같은 소자에 익숙한 사람들에게 잘 공지된 바와 같이, 어떤 접합이 경사형인지 또는 급전형인지를 결정하기 위한 하나의 기술로는 전압에 대한 다이오우드의 커패시턴스를 측정하는 것이다.

일반적으로 말해서, 전압에 대하여 직접적으로 커패시턴스의 그래프가 그려지면, 비선형적인 관계가 존재한다.

그러나, 커패시턴스 제곱의 역수 또는 커패시턴스 삼승의 역수와의 사이에는 선형관계가 존재할 것이다. 만약에 커패시턴스 제곱의 역수와 전압 사이의 관계가 비선형이라면, 그 다이오우드는 급전형 접합을 가진다고 특징지울 수 있다. 한편으로, 만약 커패시턴스 삼승의 역수와 전압 사이의 관계가 선형이라면, 그 다이오우드는 경사형 접합을 가진다고 특징지울 수 있다. Kuroda에 의하여 언급되었듯이, 그의 기술을 사용하여 제작된 다이오우드는 그러한 경사형 접합을 보여주고 있다.

또한, Kuroda의 다이오우드는 마이크로암페어 범위, 대부분의 파워요구 응용부문에서 유용한 것보다 더욱 작은량의 전류용량에서 작동한다. 마지막으로, 비록 탄화규소의 바람직한 특성 하나는 파란색의 광선을 만들 수 있는 능력이지만, 정류다이오우드에 대하여 보다 중요한 특성은 Kuroda가 실온이상의 다른 온도에서 성공적인 다이오우드 응용을 보여주지 못한 고온에서의 작동이다.

따라서, 본 발명의 목적은 고주파수, 높은 역방향전압, 및 고온에서 작동할 수 있고, 급전형 접합과 낮은 순방향저항을 가지는 탄화규소로 형성된 정류다이오우드를 제공하는 것이다.

[발명의 요약]

본 발명의 정류기는 제1 전도타입의 서브스트레이트가 되기에 충분한 캐리어농도를 가지는 단결정질 탄화규소 서브스트레이트와, 이 서브스트레이트 위에 있으며 이 서브스트레이트와 동일한 전도타입을 가지는 탄화규소의 제1 에피택셜층과 이 제1 에피택셜층 위에 있으며 이 제1 에피택셜층과 반대의 전도타입을 가지는 탄화규소의 제2 에피택셜층으로 구성된다.

제1 및 제2 에피택셜층은 저마다의 캐리어농도를 가지되, 농도가 더 낮은 층이 역방향바이어스에서 공핍되기에 충분한 양으로 크기가 다르게 캐리어농도를 가진다. 제1 및 제2 에피택셜층은 그들 층사이에 계단형 p - n 접합을 형성한다. 본 발명의 목적, 장점과 특징들은 첨부된 도면과 관련하여 기술되는 우선실시예를 기술하는 과정을 통해서 보다 쉽게 명백해질 것이다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명 정류다이오우드의 개략도.

제2도는 본 발명에 따른 원형의 메사형 정류다이오우드의 사시도.

제3도 및 제4도는 본 발명 정류다이오우드의 또다른 형태의 개략도.

제5도는 실온과 350℃에서 -400 볼트의 바이어스에서의 역방향 누설전류에 초점을 맞춘 본 발명에 따른 한 정류다이오우드에 대한 전류 대 전압의 그래프.

제6도는 실온과 350℃에서 400 미리암페어까지 순방향 전압강하에 초점을 맞춘 순방향 바이어스에서 전류 대 전압의 그래프.

제7도는 본 발명에 따른 정류다이오우드에 대한 - 20 볼트까지의 역방향 바이어스전압 과 커패시턴스 사이의 관계를 나타낸 그래프.

제8도는 둘 사아이의 관계가 선형인 것을 보여주는 본 발명에 따른 한 정류다이오우드에 대한 커패시턴스 제곱의 역수 대 게이트전압의 그래프.

제9도는 본 발명에 따른 한 정류다이오우드에 대한 2 차 이온질량 분광법(SIMS) 에 의해 측정된 바와같은 깊이 대 알루미늄의 원자농도의 그래프.

제10도는 본 발명에 따른 한 400 볼트 다이오우드에 대해 커패시턴스-전압 측정에 의하여 측정된 바와같은 n -타입층에서 깊이(-20 볼트 역방향 바이어스에 공핍된) 대 도우너의 캐리어농도의 그래프.

제11도 및 12도는 실온과 350℃ 각각에서 작동하는 본 발명에 따른 한 다이오우드에 대하여 역방향 회복시간을 보여주는 스위칭회로에서 전류와 시간 사이의 관계를 나타낸 그래프.

제13도는 본 발명의 다이오우드들에 대하여 역방향 항복전압, 항복전압에서 공핍층의 폭, 캐리어농도, 및 최대 전기장에 대한 측정치와 기대치로부터의 병합그래프.

제14도 및 15도는 실온과 350℃ 각각에서 작동하는 본 발명에 따른 또하나의 다이오우드에 대하여 전류 대 전압의 그래프.

[발명의 상세한 설명]

제1도는 본 발명 정류다이오우드의 제1 실시예의 개략도로서 일반적으로 10으로 지정된다. 이 정류다이오우드(10)에는 제1 전도타입, p 또는 n 타입의 서브스트레이트(11)가 되기에 충분한 캐리어농도를 가지는 단결정질 탄화규소 서브스트레이트(11)가 포함되어 있다. 전자소자에 익숙한 사람들에게 잘 공지된 바와 같이, 두가지 타입의 캐리어란 전자와 정공이다. 전자는 소립자 입자이며 정공은 전자가 들어갈 수 있는 원자에 있는 빈 자리를 의미한다.

전자가 그와 같은 빈 자리로 이동하게 되면, 전자는 채워지지 않은 자리, 즉 정공을 뒤에 남기게 되므로, 어떤 전자소자에서 전류의 흐름은 전자 또는 정공의 한 흐름이라 생각되며, 이때 각각의 흐름은 반대방향이다. 그와 같은 과학기술에 익숙한 사람에게 잘 공지된 바와 같이, 탄화규소와 같은 물질에서 캐리어는 일반적으로 도우펀트에 의하여 주어진다.

도우펀트란 반도체 물질 자체가 가지는 가전자수보다 더욱 많거나 더욱 작은 수의 가전자수를 가지는 원자들로서, 전자수가 많은 도우펀트를 도우너 원자라 하는데 여분의 전자를 제공하고, 전자수가 작은 도우펀트를 억셉트 원자라 하는데 여분의 정공을 제공한다.

탄화규소의 제1 단결정질에피택셜층(12)은 서브스트레이트(11) 위에 위치하며 이 서브스트레이트(11)와 동일한 p 또는 n 의 전도타입을 가지지만 그 서브스트레이트(11)의 캐리어농도보다는 적은 농도를 가진다. 예를들어, 서브스트레이트(11)와 에피택셜층(12)이 모두 n - 타입한 경우, 서브스트레이트(11)의 캐리어수가 더욱 크면 보통 기호로 n⁺로 표시하는 반면, 제1 에피택셜층에 있어서의 더욱 낮은 농도 또는 보통의 농도는 간단히 n 으로 표시한다.

탄화규소의 제2 단결정질에피택셜층(13)은 제1 에피택셜층(12)위에 위치하고 제1 에피택셜층과는 반대의 전도타입을 가지며 본 발명의 제1 실시예에서는 제1 에피택셜층(12)의 농도보다는 높은 농도를 가진다. 따라서, 위에서 언급한 바와 같이, 서브스트레이트(11)는 n⁺로, 제1 에피택셜층(12)은 n으로, 제2 에피택셜층(13)은 p⁺로 표시된다. p⁺에피택셜층(13)의 캐리어농도와 n⁺로 서브스트레이트(11)의 캐리어농도는 서로 반드시 동일할 필요는 없다.

여기에서 사용된 바와 같이, 일반적인 표시 n과 비교된 일반적인 표시 p⁺또는 n⁺는 단순히 서브스트레이트(11)에 있는 캐리어가 에피택셜층(12)에 있는 캐리어보다 많이 있으며 또한 제2 에피택셜층(13)에 있는 캐리어가 제1 에피택셜층(12)에 있는 캐리어보다 많이 있다는 것을 의미한다.

정류접합에 익숙한 사람들에게 잘 공지된 바와 같이, 그 접합의 p 및 n 쪽의 각 캐리어농도가 실질적으로 약 일 또는 그이상의 차수의 크기만큼 다를 경우, 그 접합의 각 쪽에 있는 캐리어가 이동하여 평형상태를 만들려는 성향은 일측으로부터 캐리어가 다른 측으로부터보다 더 많이 이동하도록 하는 원인이 된다. 특히, 농도가 높은 측으로부터 더욱 많은 캐리어가 농도가 낮은 측으로 이동할 것이다. 예를들어, 만약 그 접합이 p⁺- n 이라면, 전자가 p⁺층으로 이동하는 것보다 더욱 많은 정공이 n 층으로 이동할 것이다. 이러한 특성은 또한 역방향 바이어스에서 나타나게 되어, 더욱 낮은 캐리어농도를 가진 층이 역방향 바이어스에서 주로 공핍되는 층이 될 것이다.

특정한 예에서, 10으로 지정된 정류다이오우드는 서브스트레이트 쪽의 오믹접촉(14)과 제2 에피택셜층 쪽의 또다른 오믹접촉(15)을 포함한다. 특정한 예에서, 서브스트레이트 쪽의 오믹접촉(14)은 니켈과 같은 금속으로 구성되고 제2 에피택셜층(13) 쪽의 오믹접촉(15)은 알루미늄 또는 예를들어 알루미늄 합금으로 형성된 바이메탈과 같은 금속으로 구성된다. 다른 실시예에서, 정류다이오우드는 p - n 접합의 근처에 이산화규소의 패시베이션층(16)을 추가로 포함할 수 있다.

제1도에서 기술된 예에서, 정류다이오우드는 서브스트레이트(11)의 일부와 함께 에피택셜층(12, 13)이 서브스트레이트(11)의 잔여분이 가지는 단면적 프로파일(profile) 보다도 더욱 좁은 프로파일을 가지는 메사형태를 하고 있다.

이러한 형태에서, 일반적으로 서로 인접하게 대형그룹으로 제작되는 각각의 다이오우드들은 에피택셜층들에 손상을 끼치지 않고, 또는 p - n 접합에 영향을 미치지 않고, 또는 달리 그 결정구조의 특성을 변화 시키지 않고 분리될 수 있다.

또한, 그 다이(die)의 사이즈는 여러가지 전류요구를 처리할 수 있도록 조정될 수 있다.

제2도에서 나타낸 바와 같이, 한 예에서 에피택셜층(12, 13)과 오믹접촉(15)는 일반적으로 원형형상을 가진다.

그 결과의 원형 p-n 접합은 다른 기하학적 구조로부터 발생하는 전계효과문제와 하전농도문제를 없애준다. 또한, 이러한 형상은 표면안정화가 가능하게 해주며, 위에서 언급한 바와 같이, 접합을 손상시키지 않으면서 다이오우드들을 자를 수 있게 해준다. 플레이너 다이오우드와 같은 다른 구조도 가능하지만, 이 구조는 본 발명이 에피택셜 성장기술이외에도 확산 또는 이온임플랜테이션을 필요로 한다.

본 발명의 정류다이오우드는 원하는 항복전압을 가지도록 만들어질 수 있다. 그와 같은 다이오우드에 대한 특성들은 제13도에서 설명되는데, 예를 들어 100 볼트 항복 다이오우드를 설계하고자 하는 경우에 필요한 농도는 약 2.4×10¹⁷cm^-3이고 항복전압에서 0.68 마이크론의 공핍층 두께를 필요로 한다. 그러므로, n - 타입층인 경우, 에피택셜층의 두께가 항복전압에 대하여 제한 매개 변수가 되는 것을 방지하기 위하여, 전형적으로 이러한 공핍층 최소두께를 초과해야 한다. 따라서, 그와 같은 100 볼트 항복다이오우드에 대하여, 제1 에피택셜층(12)의 두께는 적어도 0.68 마이크론의 차수에 있어야 하고, 또한 캐리어농도는 약 2.4×10¹⁷cm^-3이어야 한다. 그 서브스트레이트는 약 일 차수이상의 크기의 캐리어농도를 가지며, 반면에 제2 에피택셜층(13)은 서브스트레이트와 거의 동일한 차수의 크기의 캐리어농도를 가진다. 여기에서 언급된 바와 같이, 제13도의 실선부분은 측정된 데이터에 기초한 상호관계를 나타내고, 점선부분은 측정된 상호관계로부터 예상된 외삽을 나타낸다.

특히, 본 발명에 따른 정류다이오우드는 제13도의 AG 선을 따라서 선택되고 직접 수평으로 마주보는 CD 선상의 점을 한정하는 항복전압(볼트로)을 가질 것이다. 그 대응하는 공핍증폭(마이크론으로)은 CD 선을 따라서 그 한정된 점 아래로 직접 수직으로 떨어지는 제13도의 EF 선상에 있는 점으로부터 선택되고 AG 선을 따라서 직접 수평으로 마주보는 점으로부터 선택되며, 그리고 그 대응하는 캐리어농도(원자수 / ㎤) 는 CD 선과 EF 선을 따라서 그 한정된 점들 아래로 직접 수직으로 떨어지는 제13도의 GH 선상에 있는 점으로부터 선택된다.

농도가 더욱 높은 n⁺서브스트레이트, n 제1 에피택셜층 및 p⁺제2 에피택셜층을 가지는 제1 실시예 다이오우드의 특별한 구조는 낮은 순방향저항 및 높은 항복전압을 제공하며, 농도가 더욱 높은 제2 에피택셜층(13)은 마찬가지로 급전형 p-n 접합을 제공하는 경향을 띤다.

그 결과의 다이오우드는 3 볼트의 순방향전압에서 약 200 미리 암페어의 순방향전류특성과 400 볼트를 초과하는 역방향 항복전압특성을 가진다. Kuroda에 의하여 기술된 앞서의 다이오우드는 동일한 3 볼트 순방향전압에서 단지 약 400 마이크로암페어의 순방향전류를 나타낸다. 유사하게, Kuroda의 다이오우드는 -100 볼트에서 항복을 나타낸다. 요약하면 본 발명의 다이오우드는 종래의 다이오우드 보다 순방향 바이어스에서 약 500배 그리고 역방향 바이어스에서 4배의 성능을 가진다.

이들 특정한 결과들은 제5도 및 제6도의 그래프에서 잘 설명된다. 제1 실시예에서 P⁺-N 접합의 n-타입 에피택셜층이 역방향 바이어스에서 대부분 공핍되는 다이오우드의 층이 되는 결과를 초래한다. 질소는 전형적인 n-타입 도우펀트로서, 얕은 도우너의 특성을 가진다. 그 결과 온도에 따른 캐리어농도의 변화와 그로인한 다이오우드의 전기적인 특성은 더욱 깊은 레벨의 도우펀트에 대해서 보다는 더욱 완화된다. 그와 같은 소자들에 익숙한 사람들에게 잘 공지된 바와 같이, 더욱 낮게 도우핑된 에피택셜층에서의 캐리어농도는 본질적으로 그 소자의 역방향 바이어스 특성을 제어한다. 따라서, 캐리어농도는 가능한한 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 그결과, 특정 상황아래에서 더욱 낮게 도우핑된 에피택셜층은 p - 타입 위의 n-타입이 바람직한데, 질소(전형적인 n-타입도우펀트)의 이온화는 알루미늄(전형적인 p-타입 도우펀트)의 그것보다 온도에 따라 덜 변하기 때문이다.

제1 실시예의 특정한 구조에 대한 또다른 이유는 n⁺서브스트레이트의 더욱 알맞는 낮은 저항에 비해 p⁺서브스트레이트의 높은 저항을 피하려는 능력이다. 더욱이 그 에피택셜층의 p⁺특성은 n에피택셜층에서 공핍을 바람직하게 조장한다. 본 발명의 다이오우드는 탄화규소로 만들어지기 때문에, 실리콘과 같은 다른 물질로 만들어진 반도체소자들이 전형적으로 작동하는 온도보다 훨씬 고온에서 성공적으로 작동한다. 예를들면, 제5도는 본 발명에 따른 한 정류다이오우드가 350℃의 온도에서 작동하는 반면에 -400볼트에서 30 마이크로암페어보다 크지 않은 역방향 누설 전류를 나타냄을 보여준다. 제6도는 25℃ 와 350℃에서 동일한 다이오우드의 순방향 바이어스특성을 보여준다.

제3도 및 4도는 본 발명 다이오우드의 또다른 예를 나타낸 것으로, n-타입 에피택셜층은 더욱 높은 캐리어농도를 가지며, p-타입층은 역방향 바이어스에서 주로 공핍되는 층이다.

제3도는 단결정질 탄화규소로 형성된 n⁺타입 서브스트레이트(20), 이 서브스트레이트 위에 있으며 동일한 n⁺-타입의 전도타입을 가지는 탄화규소의 제1 단결정질 에피택셜층(21), 및 제1 에피택셜층위에 있으며 제1 에피택셜층과 반대의 p-타입의 전도타입을 가지는 제2 단결정질에피택셜층(22)을 보여준다.

n⁺및 p로 기호화된 바와 같이, 제1 에피택셜층(21)은 제2 에피택셜층(22)이 역방향 바이어스에서 주로 공핍되도록 이 제2 에피택셜층보다 적어도 일차수 이상의 크기의 캐리어농도를 가진다. 가장 최근의 예에서는, 제2 에피택셜층(22)위에 제3 단결정질에피택셜층(23)이 위치하는데, 이 제3 에피택셜층은 제2 에피택셜층(22)과 동일한 p-타입의 전도성을 가지며 또한 전체다이오우드에 접촉저항을 줄이기 위하여 제2 에피택셜층(22)의 캐리어농도보다도 더욱 큰 캐리어농도를 주로 가진다. 앞서의 예에서와 같이, Davis-타입의 CVD는 제1 에피택셜층(21)과 제2 에피택셜층(22) 사이에 계단형 p-n 접합을 제공한다.

명쾌하게 하기 위하여 비록 특별히 설명되지 않을지라도, 그 다이오우드들은 서브스트레이트 쪽에 그리고 제2 에피택셜층 쪽에, 또는 하나가 더 있는 경우의 제3 에피택셜층 쪽에 오믹접촉을 각각 포함한다.

본 발명에 의하면 이러한 예는 또한 훌륭한 다이오우드 특성들을 제공한다. 제1 실시예와 관련하여 앞서 언급된 바와 같이, 특정 상황아래에서 p - 타입층은 역방향 바이어스에서 주로 공핍되는 층으로서 약간 부적당할 수 있는데, 이론적으로 예상된 활성화된 p-타입 도우펀트의 농도에 온도가 크게 영향을 미치기 때문이다. 그러나, 실제로는 p-타입 에피택셜층이 다른 방법으로 존재하는 도우너원자에 의하여 어느정도 보상되어 p-타입층의 밀도는 이론적으로 예상되는 것만큼 온도에 따라서 유동하지 않는다는 것이 실험적으로 측정되었다.

역방향 바이어스에서 주로 공핍된 층으로서 의도적으로 보상된 n^-층이나 또는 무의식적으로 보상된 p^-층을 사용함으로써, 바로 그 층에 더욱 낮은 캐리어농도가 달성될 수 있다. 더욱 낮은 캐리어농도는 그 다이오우드에 더욱 높은 항복전압을 제공한다 : 이것은 크게 바람직한 결과이다. 탄화규소에 익숙한 사람들에게 잘 공지된 바와 같이, 보상되지 않은 n-타입 결정 또는 에피택셜층들은 약 1×10¹⁶cm^-3보다 낮은 캐리어농도로 만들어질 수 없다.

이는 일반적으로 CVD 성장 공정의 특질과 사용된 소오스가스의 순도 때문이다. 최소 캐리어농도에 대한 이들 한계는 n^-및 p^-층의 미소한 보상으로 극복될 수 있는데, 그결과 캐리어농도는 5×10¹⁴cm^-3만큼 낮게 될 수 있다. 이것은 위에서 기술된 더욱 높은 항복 전압의 결과를 초래한다. 이러한 예에서는, -55℃와 350℃ 사이의 온도범위에 걸쳐 -5000 볼트만큼 높은 역방향 항복전압이 예상된다. 유사하게, 약 20℃에서 350℃의 온도범위에 걸쳐 2.7 볼트만큼 낮은 순방향 전압에서 10암페어 까지의 순방향전류가 가능하다.

더불어, 그 다이오우드는 20 나노초보다도 작은, 주로 10나노초보다 작은 역방향 회복시간을 가지고 작동한다. 물론, 반도체소자에 익숙한 사람들이 이해하는 바와 같이, 어떤 특정한 다이오우드에 있어서, 그 소자의 크기는 특정한 작동 특성을 제한하거나 또는 허용할 것이다. 따라서, 주어진 정격 순방향전압에서 대형의 전압은 대량의 전류흐름을 가능하게 한다.

비록 제3도에서 보인 구조는 n⁺서브스트레이트와 그리고 차례로 n⁺, p^-, p⁺에피택셜층의 배치구조를 가지지만, 그 다이오우드는 유사하게 p⁺서브스트레이트와 제1 에피택셜층과, n^-및 n⁺에피택셜층 차례로 포함할 수 있는데 n^-타입층이 역방향 전압에서 주로 공급되면 이미 기술된 또 다른 장점을 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

제4도는 본 발명의 다이오우드에 대한 또다른 육각형의 구조를 보여준다. 육각형의 구조는 제2도에서 설명된 원형의 메사형 다이오우드에 대해 또다른 장점을 제공한다. 비록 육각형의 구조는 모서리를 가지지만, 이들 모서리는 비교적 얕다. 더욱이, 육각형의 구조는 동일한 크기의 다이오우드에 대하여 더욱 큰 정합면적을 가지며 유리 - 캡슐화된 소자에서 패키지화하는데 더욱 간단하다.

제14도 및 15도는 6H - SiC로 만들어진 본 발명 다이오우드의 부가적인 어떤 특성을 나타낸 것으로, 실온에서(제14도) 또한 350℃에서(제15도) 측정된 전류 대 전압(Ⅰ-Ⅴ)을 그래프로 나타낸 것이다. 그 특정한 소자는 n⁺서브스트레이트, n⁺제1 에피택셜층, p^-제2 에피택셜층, 및 p⁺제3 에피택셜층을 가진다.

실온에서 455볼트의 피이크역방향전압(PIV)에 이르면 전자 사태항복이 일어난다. 그 항복은 초기에 약 420볼트에서 4마이크로 암페어의 역방향 누선전류를 가지고 시작되는데, 450볼트에서 50마이크로암페어로 증가한다. 그후로 그 소자는 전자사태에서 작동하여, 전류는 전압에 따라 선형적으로 증가한다. 제14도의 우측은 이 소자의 순방향 바이어스 특성을 보여준다. 6H-SiC의 밴드갭은 실온에서 약 2.9 전자볼트(eV)이다. 이것은 약 2.4 내지 2.5 볼트의 범위에 있는, 다이오우드의 터언-온 전압에서 해당하는, 빌트-인 전압전위를 제공한다. 그후로, 전류는 전압에 따라 급격히 증가하며, SiC의 직렬저항에 의하여 제한된다. 바꾸어 말하면, 만약 저항이 완전히 없다면(실제 불가능), 그 전류는 제한되지 않지만 터언-온 전압은 실온에서 2.4 내지 2.5 볼트 범위에 머물러 있을 것이다.

제15도는 350℃에서 작동하는 다이오우드의 전류-전압 특성을 보여준다. 역방향 바이어스에서 항복전압은 동일하다. 그러나, -400에서 -450볼트 사이의 곡선에 있는 둥근 완곡부의 특징을 갖는 예비-항복전압은 약간 증가한다. 이 증가는 다이오우드의 역방향 포화전류(JS)에 기여하는 것들 외의 열적으로 발생된 다른 캐리어 때문이다. 350℃에서, Js는 약 10^-14암페어/㎠ 이다.

다이오우드가 350℃ 까지 가열되면, 터언-온 전압은 약 2.0 볼트까지 감소한다. 온도의 증가에 따른 이러한 전압감소는 물질의 밴드갭의 감소의 결과이며 이로인해 진성 캐리어농도를 증가시킨다.

제7도 및 8도는 본 발명에 따른 다이오우드에서 급전형 접합의 특성을 보여준다. 제7도는 가해진 전압에 대하여 직접적으로 취한 커패시턴스의 그래프로서, 비선형적임을 보여주지만, 전압이 양으로 감에 따라서 커패시턴스가 비례하여 증가한다. 더욱 중요하게도, 제8도는 가해진 전압에 대하여 커패시턴스 제곱의 역수를 그래프로 그렸을 때 그 접합이 경사형이라기 보다는 급전형임을 증명하는 거의 선형적인 관계를 보여준다. 종래소자들에 관하여 앞에서 논의된 바와 같이, 전압에 대한 커패시턴스 제곱의 역수의 그래프는 비선형인 반면 전압에 대한 커패시턴스 삼승의 역수의 그래프는 선형일 때, 그 접합은 경사형이며, 더욱 낮은 항복전압의 소자 및 재빨리 작동할 수 없는 소자로 되는 상황이다.

제9도는 제8도에 의하여 증명된 결과들을 확인하는 또다른 측정기술을 보여준다. 도면의 간단한 설명에서 언급한 바와 같이, 제9도는 알루미늄(p⁺에피택셜층에 있는 억셉트 원자) 농도와 P-n 접합이 교차될 때 알루미늄농도 변화의 SIMS 그래프이다. 그래프에서 수직으로 뚝 떨어지는 것은 억셉트 원자농도가 접합에서 급격하게 그리고 격렬하게 변하는 것을 의미하며, 본 발명의 다이오우드가 원하는 특성을 가짐을 의미한다. 제10도는 커패시턴스-전압 측정에 의하여 측정되는 보상되지 않는 n-타입 에피택셜층의 캐리어농도를 보여준다. 여기에서 보여주고 그리고 제13도에서 나타낸 바와 같이, 580볼트의^VBR을 보여주는 다이오우드는 n- 타입층에 있는 약 2.2×10¹⁶cm^-3의 캐리어농도의 결과이다.

본 발명에 따라 제조된 다이오우드들은 또한 고주파수에서 작동할 수 있는 능력을 보여준다. 즉, 그들은 고주파수의 교류를 정류할 수 있다. 그와 같은 소자에 익숙한 사람들에게 잘 공지된 바와 같이, 정류다이오우드에 역방향 바이어스가 가해지면, 다이오우드는 역방향전류의 흐름을 차단하도록 작동하며, 접합 근처에 공핍층이 생긴다. 이 공핍층은 역방향 바이어스가 없어지고 순방향 바이어스가 가해진 후에 사라지는데 시간이 걸리는 특정한 커패시턴스를 가진다.

이러한 시간간격을 역방향 회복시간(^trr)이라 불린다. 탄화규소에서, 소수캐리어 수명시간은 매우 짧아서 그결과 소수캐리어 수명시간에 직접 비례하는 역방향 회복시간은 매우 짧아질 것이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 이전에는, 측정가능한 역방향 회복시간을 제공하기에 충분한 p-n 정류 접합은 나타나지 않았었다.

그러나, 제11도 및 12도에서 그래프로 설명된 바와 같이, 본 발명의 정류다이오우드는 실험적으로 역방향 회복시간의 데이터를 측정할 수 있는 충분한 특성을 보여준다. 약 5 및 8 나노초 최대 사이만큼 짧은 최대 역방향 회복시간이 측정되었다. 심지어 더욱 높은 온도에서도 유사한 성능이 예상된다. 전형적으로, 실리콘에서, 100에서 200나노초의 역방향 회복시간을 가진 정류다이오우드는 빠른 것으로 생각된다. 쇼트키다이오드는 약간 더 빠르지만, 역방향 바이어스가 약 -200볼트로 제한된다. 따라서, 역방향 회복시간은 어떤 주어진 특정한 소자의 특성이다. 본 발명에 따라서 제조된 소자들은 10나노초보다 작은 역방향 회복시간을 가지는 것이 철저히 증명되었다.

본 발명의 정류다이오우드는 앞서 오프-엑시스(off-axis) 탄화규소 서브스트레이트 위에 탄화규소 에피택셜층을 성장시키기 위한 성공적 화학기상증착(CVD)법을 기술한 Davis 등의 명세서에 따라 제조된다. 명료하게 하기 위하여, 참조문헌에 기술된 화학기상증착 기술을 Davis - 타입 화학기상증착이라 칭한다. DAVIS - 타입 CVD를 사용하여 만들어진 다이오우드에서 서브스트레이트는 α - 탄화규소를 포함하며 또한 (1120) 방향 중에서 한 방향을 향하여 기준평면에 대하여 일도 이상으로 축에서 벗어난 경사진 평평한 경계면을 가진다.

여기에서 사용된 바와 같이, 고딕체 표시 2는 밀러지수에서 음의 축을 나타낸다. 즉, 결정에 대하여 선택된 기본 밀러지수축에 대해 반대 방향으로 측정된 축을 말한다. 제1 에피택셜층도 또한 α - 탄화규소를 포함하며 서브스트레이트 경계면 위에 호모에피택셜하게 성장된다.

에피택셜층들은 성장되는 동안에 도우핑될 수 있기 때문에, 임플랜테이션을 필요로 하지 않으며, 임플랜테이션으로 인한 결정손상을 피할 수 있다. 더욱이, 임플랜테이션기술은 인접한 n 및 n⁺또는 p 및 p⁺층을 허용하지 않는다. n⁺층은 n 층 위에 임플랜테이션될 수 있지만, n 층은 n⁺층의 보상(즉, 두가지 도우너원자와 억셉트원자의 유효량의 존재) 없이는 n⁺층 위에 임플랜테이션될 수 없다.

더불어, CVD 성장은 어느 정도 공핍층의 두께를 조절할 수 있고, 그결과 항복전압에 영향을 미친다. 마지막으로, 에피택셜층의 결정특성은 일반적으로 구조가 더욱 좋으며, 벌크 성장층들보다도 더 낮은 불순물을 가진다.

여기서 논의된 예에서, 설명의 데이터는 α 타입 6H 탄화규소로 제조된 다이오우드로부터 수집되었다. 그러나, 다른 폴리타입들이 에피택셜층과 서브스트레이트로 준비될 수 있으며 그리고 특징있는 장점들을 가진다.

예를들어, 4H, 15R 및 3C 폴리타입들 모두가 본 발명에 따른 다이오우드로 만들어질 수 있다. 6H 폴리타입은 넓은 밴드갭을 가지므로, 고온에서의 작동을 예상할 수 있으며, 그리고 벌크형태로 가장 널리 제작된다.

4H 폴리타입은 가장 큰 밴드갭(3.2eV)과, 보다 얕은 알루미늄 및 질소 도핑레벨(doping level)을 가지며, 6H 폴리타입보다도 더욱 큰 전자이동도를 가진다. 3C 폴리타입은 마찬가지로 6H 보다 큰 전자이동도를 가지며, 또한 얕은 밴드갭과 P-n 접합에 대한 대응하는 낮은 빌트-인 전위를 가진다. 마지막으로, 15R 폴리타입은 높은 전자 이동도와 더불어, 6H 폴리타입이 가지는 질소 도우펀트 활성화 에너지 보다 낮은 질소도우펀트에 대한 활성화에너지를 가진다.

정류다이오우드와 이들의 제작 및 특성들에 익숙한 사람들이 이해하는 바와 같이, 한 세트의 특정한 특정들이 일단 한번 확정되면, 넓은 범위의 특성을 가지는 다이오우드가 제작된다. 따라서, 본 발명의 다른 다이오우드들의 특성들이 보여지는데, -5000볼트 만큼이나 큰 역방향 항복전압을 가지는 다이오우드들이 본 발명의 일부로서 가능한 것이 예상된다. 그와 같은 다이오우드들은 약 -55℃에서 적어도 350℃까지의 온도범위에서 그러한 특성들을 보여주리라 예상된다.

그 다이오우드들 중에서 선택된 것들은 주어진 정격 역방향 항복전압까지는 25마이크로암페어를 넘지않은 역방향 누설전류를 보여준다. 다른 예에서는 350℃ 까지의 온도에서 100마이크로암페어를 넘지않은 역방향 누설전류를 보여줄 것이고, 특정한 예에서는 25℃, -400 볼트에서 8 마이크로암페어를 넘지않은 역방향 누설전류를 보여주었다.

350℃, 2.9 볼트에서 400밀리암페어의 순방향전류가 나타났었다. 실온(25℃, 3.2 볼트에서 400밀리암페어의 순방향전류가 전형적으로 관측되었으며, 2.7 볼트만큼 낮은 전압에서도 400밀리암페어가 관측되었다.

200나노초보다 적은 역방향 회복시간이 나타났었고, 100, 20, 및 10나노초보다 적은^trr을 가질 때도 있고, 앞서 언급한 바와 같이, 특정한 예에서는 25℃에서 6나노초보다도 적은 역방향 회복 시간을 그리고 350℃에서 7나노초보다도 적은 역방향 회복 시간을 보여주었다.

그와 같은 정류다이오우드들은 그들의 최대 시험적인 이행값들로 특징적으로 정격화될 것임을 알 것이다.

따라서 본 발명에 따른 다이오우드들은 그리고 이후에 기술될 청구범위들은 여기서 언급된 전형적인 예와 조금 다르게 나타낼 수 있는 유사한 그리고 등가의 다이오우드들을 포함한다.

명세서와 도면에는, 본 발명의 전형적인 최선실시예가 계시되었다. 여기에 사용된 용어들은 제한하기 위해서가 아니라 표현상 그리고 포괄적인 의미에서 사용되었다.

Claims (31)

1. 탄화규소로 제조된 초고속 고주파수 고온 정류다이오우드에 있어서, 충분한 캐리어농도를 가지는 제1전도타입의 단결정질 탄화규소 서브스트레이트와, 서브스트레이트와 동일한 전도타입을 가지며 서브스트레이트위에 위치하는 탄화규소의 제1 단결정질 에피택셜층과, 그리고 제1 에피택셜층과 반대의 전도타입을 가지며 제1 에피택셜층 위에 위치하는 탄화규소의 제2 단결정질 에피택셜층을 포함하되, 상기 제1 에피택셜층 및 제2 에피택셜층은 보다 낮은 농도를 가진 층이 역방향 바이어스에서 주로 공핍되도록 충분한 양만큼 크기가 서로 당른 각자의 캐리어농도를 가지며, 또한 제1 에피택셜층과 제2 에피택셜층은 이 두층 사이에서 급전형 P-n 접합을 형성시킴을 특징으로 하는 정류다이오우드.
2. 제1항에 있어서, 제1 에피택셜층은 제2 에피택셜층이 역방향 바이어스에서 주로 공핍되도록 제2 에피택셜층보다도 더욱 높은 캐리어농도를 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
3. 제1항에 있어서, 제2 에피택셜층은 제1 에피택셜층이 역방향 바이어스에서 주로 공핍되도록 이 제1 에피택셜층보다도 더욱 높은 캐리어농도를 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
4. 제1항에 있어서, 제2 에피택셜층 위에 위치하는 제3 에피택셜층을 추가로 포함하되 제3 에피택셜층은 추가로 포함하되 제3 에피택셜층은 제2 에피택셜층과 동일한 전도타입을 가지며 그리고 다이오우드에 대한 접촉저항을 감소시키기 위하여 제2 에피택셜층보다도 더욱 높은 캐리어농도를 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
5. 제1항에 있어서, 탄화규소 서브스트레이트는 α-탄화규소를 포함하고 그리고 (1120) 방향 중에서 한 방향을 향하여 실질적으로 기준평면에 대하여 일도 이상으로 축에서 벗어나 경사진 평평한 경계면을 가지며, 제1 에피택셜층은 상기 서브스트레이트 경계면 위에 호모에피택셜하게 성장된 α-탄화규소를 포함함을 특징으로 하는 정류다이오우드.
6. 제1항에 있어서, 상기 접합의 근처에 있는 열적으로 성장된 이산화규소 패시베이션층을 추가로 포함함을 특징으로 하는 정류다이오우드.
7. 탄화규소로 형성된 초고속 고주파수 고온 정류다이오우드에 있어서, 충분한 캐리어농도를 가지는 제1전도타입의 단결정질 탄화규소 서브스트레이트와, 서브스트레이트와 동일한 전도타입을 가지며 서브스트레이트 위에 위치하는 탄화규소의 제1 단결정질 에피택셜층과, 제1 에피택셜층과 반대의 전도타입을 가지며 제1 에피택셜층 위에 위치하고 그리고 역방향 바이어스에서 제1 에피택셜층이 주로 공핍되도록 제1 에피택셜층의 캐리어농도보다도 더욱 높은 캐리어농도를 가지는 탄화규소의 제2 단결정질 에피택셜층을 포함하되, 제1 에피택셜층과 제2 에피택셜층은 이 두층 사이에 급전형 p-n 접합을 형성시킴을 특징으로 하는 정류다이오우드.
8. 제7항에 있어서, 탄화규소 서브스트레이트는 n-타입 α - 탄화규소로 제조되고, 제1 에피택셜층도 n -타입 α - 탄화규소로 제조되고, 그리고 제2 에피택셜층은 p -타입α - 탄화규소로 제조됨을 특징으로 하는 정류다이오우드.
9. 제7항에 있어서, 제1 단결정질 에피택셜층이 서브스트레이트의 캐리어농도보다도 낮은 캐리어농도를 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
10. 제7항에 있어서, 서브스트레이트에 니켈로 형성된 오믹접촉과, 그리고 제2 에피택셜층 쪽에 알루미늄을 함유하는 바이메탈 합금으로 구성된 오믹접촉을 추가고 포함함을 특징으로 하는 정류다이오우드.
11. 제7항에 있어서, 탄화규소가 6H, 3C, 4H 및 15R 폴리타입들로 구성된 그룹에서 선택된 단일 폴리타입을 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
12. 제7항에 있어서, 가해진 전압과 커패시턴스 사이의 관계는 가해진 전압과 커패시턴스 제곱의 역수 사이의 관계가 거의 선형관계가 되도록 하는 그런 관계임을 특징으로 하는 정류다이오우드.
13. 제7항에 있어서, -55℃와 350℃ 사이의 온도 범위에서 작동하는 동안 -5000볼트만큼이나 높은 역방향 항복전압을 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
14. 제7항에 있어서, 25℃의 온도에서 작동하는 동안 적어도 400밀리암페어의 순방향전류를 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
15. 제7항에 있어서, 350℃의 온도에서 작동하는 동안 2.2볼트 정도의 낮은 순방향 전압에서 적어도 400밀리암페어의 순방향전류를 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
16. 제7항에 있어서, 약 20℃ 내지 약 350℃ 온도범위에서 2.7 볼트만큼이나 낮은 순방향전압에서 10암페어까지의 순방향전류를 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
17. 제7항에 있어서, 20℃의 온도에서 작동하는 동안 주어진 정격 역방향 항복전압까지 25마이크로암페어보다도 크지 않은 역방향 누설전류를 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
18. 제7항에 있어서, 350℃의 온도에서 작동하는 동안 주어진 정격 역방향 항복전압까지 100마이크로암페어 보다도 크지 않은 역방향 누설전류를 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
19. 제7항에 있어서, 25℃의 온도에서 작동하는 동안 -400볼트에서 8마이크로암페어보다도 크지 않은 역방향 누설전류를 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
20. 제7항에 있어서, 350℃의 온도에서 작동하는 동안 -400볼트에서 80마이크로암페어보다도 크지 않은 역방향 누설전류를 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
21. 제7항에 있어서, 200나노초보다 작은 역방향 회복시간을 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
22. 제7항에 있어서, 10나노초보다 작은 역방향 회복시간을 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
23. 제7항에 있어서, 25℃의 작동온도에서 6나노초만큼이나 작은 또는 그 이하의 역방향 회복시간을 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
24. 제7항에 있어서, 350℃의 작동온도에서 7나노초만큼이나 작은 또는 그 이하의 역방향 회복시간을 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
25. 제7항에 있어서, 제13도의 AG선을 따라서 선택되고 직접 수평으로 마주보는 CD 선상의 점을 한정하는 항복전압(볼트)을 가지며, 그리고 CD 선을 따라서 상기 한정된점 아래로 직접 수직으로 떨어지는 제13도의 EF 선상에 있는 점과 AG 선을 따라서 직접 수평으로 마주보는 점으로부터 선택되는 그 대응하는 공핍층폭(마이크론)을 가지며, 또한 CD 선과 EF 선을 따라서 상기 한정된 점들 아래로 직접 수직으로 떨어지는 제13도의 GH 선상에 있는 점으로부터 선택되는 그 대응하는 캐리어농도(원자수/㎤)를 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
26. 탄화규소로 형성된 초고속 고주파수 고온 정류다이오우드에 있어서, 충분한 캐리어농도를 가지는 제1전도타입의 단결정질 탄화규소 서브스트레이트와, 서브스트레이트와 동일한 전도타입을 가지며 서브스트레이트 위에 위치하는 탄화규소의 제1 단결정질 에피택셜층과, 제1 에피택셜층과 반대의 전도타입을 가지며 제1 에피택셜층 위에 위치하는 제2 단결정질 에피택셜층과, 그리고 제2 에피택셜층 위에 위치하고 제2 에피택셜과 동일한 전도 타입을 가지며 제2 에피택셜층보다 더욱 큰 캐리어농도를 가지며 제3 단결정질 에피택셜층을 포함하되, 제1 에피택셜층은 제2 에피택셜층이 역방향 바이어스에서 주로 공핍되기에 충분한 항만큼 제2 에피택셜층보다 더욱 큰 캐리어농도를 가지며, 제1 및 제2 에피택셜층은 그 사이에 급전형 p-n 접합을 형성시킴을 특징으로 하는 정류다이오우드.
27. 제26항에 있어서, 서브스트레이트와 제1 에피택셜층은 n - 타입 α - 탄화규소를 포함하고, 제2 및 제3 에피택셜층은 n - 타입 α - 탄화규소를 포함함을 특징으로 하는 정류다이오우드.
28. 26항에 있어서, -55℃와 350℃ 사이의 온도 범위에서 작동하는 동안 -5000 볼트 만큼이나 높은 역방향 항복전압을 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
29. 제26항에 있어서, 약 20℃ 내지 약 350℃ 온도범위에 걸쳐 2.7 볼트만큼이나 낮은 순방향전압에서 10암페어까지의 순방향전류를 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
30. 제26항에 있어서, 350℃의 온도에서 작동하는 동안 주어진 정격 역방향 항복전압까지 100마이크로암페어보다도 크지 않은 역방향 누설전류를 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.
31. 제26항에 있어서, 20나노초 이하의 역방향 회복시간을 가짐을 특징으로 하는 정류다이오우드.