[發明專利]注入增強緩沖層結構和含該結構的SiC光觸發晶閘管

在審

• 申請號: 201710998688.0
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107863384A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 蒲紅斌;王曦;陳春蘭
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H01L29/74
• 分類號: H01L29/74;H01L29/06;H01L21/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務所61214
• 代理人: 王奇

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，涉及一種注入增強緩沖層結構，本發明還涉及一種含注入增強緩沖層結構的SiC光觸發晶閘管。

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，使用SiC制作的電力電子器件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。碳化硅晶閘管作為SiC高壓器件中的一種，具有阻斷電壓高、通流能力強、安全工作區(SOA)大以及無柵氧化層可靠性影響等優點，能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。在SiC晶閘管的諸多分支中，碳化硅光觸發晶閘管(簡稱SiC LTT)在簡化驅動電路與抗電磁干擾方面具有明顯優勢，是碳化硅晶閘管中最具潛力的種類之一。

雖然SiC LTT具有明顯的性能優勢，但由于鋁受主在SiC中的電離能較高(0.19eV)，導致p型SiC材料中的有效載流子濃度較低，造成一定技術問題，主要包括：1)SiC LTT存在陽極空穴注入效率低的問題，嚴重影響器件的開通性能；2)p型SiC襯底電阻率較高，使得非對稱n型長基區SiC LTT無論使用p型襯底還是n型襯底，其通流能力都受到嚴重抑制。針對上述問題，目前SiC LTT的開通一般采用紫外激光器提供較大的觸發光能量，來實現器件的快速開通。而激光器存在效率低、復雜度高的問題，鑒于此：

S.L.Rumyantsev等人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。

Xi Wang等2017年在“Chinese Physics B”發表文章《Injection modulation of p⁺-n emitter junction in 4H-SiC light triggered thyristor by double-deck thin n-base》，文中使用了雙層薄n基區結構，有效改善了4H-SiC LTT陽極注入效率低的問題，降低了觸發光功率密度，縮短了開通延遲時間。但文中所報道的新型雙層薄n基區結構僅適用于p型長基區結構的SiC LTT，對于非對稱n型長基區SiC LTT，目前仍無相關技術方案報道。

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，用于改善非對稱n型長基區SiC LTT陽極空穴注入效率低，器件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注入增強緩沖層結構，解決了現有非對稱n型長基區SiC LTT陽極空穴注入效率低，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一種含注入增強緩沖層結構的SiC光觸發晶閘管。

本發明所采用的技術方案是，一種注入增強緩沖層結構，包括上緩沖區即第一外延層，該上緩沖區材料為n型SiC，厚度為0.1μm-2.9μm，上下端表面積為1μm²-2000cm²；

緊鄰上緩沖區的下方為下緩沖區即第二外延層，該下緩沖區的材料為n型SiC，厚度為0.1μm-2.9μm，上下端表面積為1μm²-2000cm²；

上緩沖區與下緩沖區相連，其中上緩沖區的施主雜質摻雜濃度大于下緩沖區的施主摻雜濃度。

本發明所采用的另一技術方案是，一種含注入增強緩沖層結構的SiC光觸發晶閘管，包括襯底，在襯底下表面制作有第一外延層，在第一外延層下表面制作有第二外延層，在第二外延層下表面制作有第三外延層；

在襯底上表面制作有第四外延層，在第四外延層上表面制作有第五外延層，在襯底上部鑲嵌有結終端，并且結終端位于第四外延層的末端之外；

還包括絕緣介質薄膜，絕緣介質薄膜覆蓋在第五外延層的各個凸臺側壁、各個凸臺之間的第四外延層表面、第四外延層末端側壁、結終端表面、以及結終端末端之外襯底的表面，絕緣介質薄膜位于各個凸臺之間的部分的高度低于凸臺的上端面；

在第五外延層的各個凸臺上端面覆蓋有陰極；

在第三外延層下端面覆蓋有陽極。