[發明專利]一種帶雪崩特性的GaN基肖特基二極管器件

在審

• 申請號: 201410662021.X
• 申請日: 2014-11-19
• 公開（公告）號: CN104362146A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 何志;謝剛
• 申請（專利權）人: 佛山芯光半導體有限公司
• 主分類號: H01L25/18
• 分類號: H01L25/18;H01L29/872
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電力電子器件制造以及電力電子電路領域，尤其設計一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管器件。

研究背景

GaN基半導體材料由于具有寬禁帶、高電子遷移速度、高熱導率、耐腐蝕，抗輻射等突出優點，在制作高溫、高頻、大功率電子器件方面有著獨特的優勢。

GaN基高壓肖特基二極管由于相較于Si基二極管器件具有更低的導通電阻，更高的反向耐壓，以及極短的反向恢復時間，以及比?SiC基二極管器件具有更低的價格，得到了廣泛的研究和發展。

但是，由于肖特基二極管在反向工作時，隨著耐壓的升高會發生肖特基勢壘降低效應和勢壘隧穿效應，這樣就會使得器件反向工作時的漏電流大大升高。GaN材料高的缺陷密度，也會升高器件反向工作時的漏電流。由于GaN材料高的擊穿雪崩擊穿電場，在器件的反向漏電流很高時也很難達到雪崩擊穿。這樣就會使得所設計GaN基二極管器件的反向額定電壓遠低于材料發生雪崩擊穿時的耐壓。

然而，對于Si基高壓二極管材料，由于Si材料低的雪崩擊穿電場，當反向電壓超過器件反向額定電壓時會發生雪崩擊穿。在實際電路中，當電路不穩定，使得器件反向工作電壓高于額定電壓達到雪崩擊穿電壓時，由于雪崩效應使得器件上反向電壓固定。固定反向電壓下直線上升的反向漏電流，也會觸發電路中的保護裝置，從而保護整個電力電子系統。

對于GaN基肖特基二極管器件，當反向電壓高于GaN基肖特基二極管的反向額定壓時，由于不會雪崩擊穿，反向電壓不能固定。在不穩定的電路中，會發生反向電壓與反向漏電流同時上升的現象。而過高的反向電壓與反向漏電流不但會增加電路的功耗，而且會對功率器件自身以及電路產生破壞作用。在電路設計中，缺少了雪崩電流的反饋作用，也會增加反饋電路的設計難度。

???因此，GaN基肖特基二極管的反向工作特性需要改進。

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發明內容

有鑒于此，本發明的目的旨在解決常規GaN基肖特基二極管在實際應用中，反向工作時，當反向電壓超過反向額定電壓時，不能固定反向電壓，不能形成雪崩電流反饋的問題。

為了實現上述目的，本發明通過使得GaN基肖特基二極管與Si基二極管并聯，當反向電壓超過額定值時，通過Si基二極管的雪崩效應，固定反向電壓，形成雪崩電流反饋，從而保護器件與電路。具體實施方法如下。

步驟一：選擇反向耐壓大于或者等于設計所需反向額定電壓的GaN基肖特基二極管。

步驟二：選擇反向額定電壓等于設計要求反向額定電壓的Si基二極管。

步驟三：將步驟一中所述的GaN基肖特基二極管陽極與步驟二中所述的Si基二極管或陽極相連，將步驟一中所述的GaN基肖特基二極管的陰極與將步驟一中所述的Si基二極管陰極相連。

其中步驟一所述的GaN基肖特基二極管器件，可以是GaN體材料肖特基二極管也可以是AlGaN/GaN?HEMTs?肖特基二極管。

其中，為了達到設計所需的正向額定電流與反向額定電壓的要求，步驟一中所述的GaN基肖特基二極管也可以是兩個或者兩個以上的GaN基二極管相互串聯或者并聯形成的模塊，其反向額定耐壓為整個模塊的反向額定電壓。

其中，當單個Si基二極管不能達到設計要求反向額定電壓時，步驟二中所述的Si基二極管也可以是兩個或者兩個以上Si基二極管相互串聯的模塊，其反向額定電壓為整個模塊的反向額定電壓。

其中步驟二中所述的Si基二極管的結構可以是各種結構，如：肖特基結構、PiN結構等等。

其中步驟三種所述的GaN基二極管與Si基二極管的連接方法，可以是各種方法，如：封裝為DBC模塊、電路板焊接或者其他封裝形式。

本發明中應用Si基二極管與GaN基肖特基二極管并聯，利用了Si基二極管反向電壓超過額定電壓的雪崩擊穿效應，固定反向電壓，形成雪崩電流反饋，從而保護了器件與電路。改進了GaN基肖特基二極管的反向特性。增強了電路系統的安全性與穩定性。

附圖說明

附圖1是本發明實施實例中，將一個GaN基肖特基二極管與一個Si基二極管并聯的示意圖

?????附圖2是本發明實施實例中，將一個GaN基肖特基二極管與二個或兩個以上串聯的Si基二極管并聯的示意圖

?????附圖3是本發明實施實例中，將兩個或者兩個以上串聯GaN基肖特基二極管與一個Si基二極管并聯的示意圖

??????附圖4是本發明實施實例中，將兩個或者兩個以上并聯的GaN基肖特基二極管與一個Si基二極管并聯的示意圖