[發明專利]一種具有雙層薄n基區的碳化硅光觸發晶閘管及制作方法

有效

• 申請號: 201710711313.1
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107579115B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 蒲紅斌;王曦;劉青;李佳琪;杜利祥;王雅芳
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H01L29/745
• 分類號: H01L29/745;H01L21/332
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王奇

本發明公開了一種具有雙層薄n基區的碳化硅光觸發晶閘管，包括SiC襯底，在SiC襯底之上依次制作有第一外延層、第二外延層、第三外延層、第四外延層、第五外延層、第六外延層，第六外延層分為多個凸臺；在第三外延層上部鑲嵌有結終端，并且結終端位于第四外延層和第五外延層的末端之外；還包括絕緣介質薄膜，絕緣介質薄膜覆蓋在各個凸臺側壁、各個凸臺之間的第五外延層表面以及結終端臺面的側壁與表面；在第六外延層的各個凸臺上端面覆蓋有陽極；在SiC襯底下端面覆蓋有陰極。本發明還公開了該種具有雙層薄n基區的碳化硅光觸發晶閘管的制作方法。本發明的結構獨特，器件性能優異；本發明的制作方法，便于實施。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，涉及一種具有雙層薄n基區的碳化硅光觸發晶閘管，本發明還涉及該種具有雙層薄n基區的碳化硅光觸發晶閘管的制作方法。

背景技術

碳化硅(SiC)材料具有禁帶寬度大、熱導率高、臨界雪崩擊穿電場強度高、飽和載流子漂移速度大及熱穩定性好等優點，是制造電力半導體器件的理想材料。SiC高壓器件與同等級的硅器件相比，具有更低的通態壓降、更高的工作頻率、更低的功耗、更小的體積以及更好的耐高溫特性，更適合應用于電力電子電路。SiC晶閘管作為SiC高壓器件中的一種，具有阻斷電壓高、通態壓降低、安全工作區(SOA)大以及無柵氧化層可靠性問題等優點，能突破硅晶閘管的物理極限，有效提升高壓直流輸電系統(HVDC)與智能電網電能傳輸系統的功率密度與效率。相比于SiC電控晶閘管(SiC ETT)，SiC光觸發晶閘管(SiC LTT)在簡化驅動電路與抗電磁干擾方面具有更多優勢。

因鋁受主在SiC中的電離能較高(0.19eV)，p型SiC材料具有較高的電阻率。為了避免使用電阻率較高的p型襯底，耐壓10kV及以下的SiC晶閘管一般需采用p型長基區結構。采用p型長基區結構的SiC晶閘管，p⁺發射區空穴濃度較低，影響p⁺-n發射結注入效率，導致SiCLTT存在開通延遲時間大的問題。為了縮短開通延遲時間，一般使用紫外激光脈沖對SiCLTT進行觸發，而激光源存在體積大、效率低的問題。鑒于此，紫外發光二極管(UV LED)被用于觸發SiC LTT。但UV LED光功率密度較小，難以滿足高壓SiC LTT的觸發需求。

N.Dheilly等2011年在Electronics Letters發表文章《Optical triggering ofSiC thyristors using UV LEDs》，文中利用330nm波長的UV LED對SiC LTT進行了觸發，光脈沖寬度為20μs，SiC LTT經2.6μs的延遲后電壓才開始下降。N.Dheilly等的工作首次實現了SiC LTT的UV LEDs觸發，但SiC LTT開通延遲時間較大，仍需改進。

S.L.Rumyantsev等2013年在Semiconductor Science and Technology發表文章《Optical triggering of high-voltage(18kV-class)4H-SiC thyristors》，文中首次在SiC LTT中引入了放大門極結構，通過引入放大門極，觸發光功率密度得到降低，但仍舊存在開通延遲時間大的問題。

因此，針對上述技術問題，有必要提供一種高性能、高可行性的技術方案，用于改善UV LED觸發SiC LTT開通延遲時間大的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有雙層薄n基區的碳化硅光觸發晶閘管，解決了現有SiC LTT p⁺-n發射結注入效率低，開通延遲時間大，所需觸發光功率高的問題。

本發明的另一目的是提供該種具有雙層薄n基區的碳化硅光觸發晶閘管的制作方法。

本發明所采用的技術方案是，一種具有雙層薄n基區的碳化硅光觸發晶閘管，包括SiC襯底，該SiC襯底的材料為n型4H-SiC，