[發(fā)明專利]一種超高壓碳化硅晶閘管及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810439343.6
• 申請(qǐng)日: 2018-05-09
• 公開（公告）號(hào): CN108630749A
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蒲紅斌;劉青;王曦;李佳琪;安麗琪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/74
• 分類號(hào): H01L29/74;H01L29/745;H01L29/06;H01L21/332
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 談耀文

本發(fā)明公開的一種超高壓碳化硅晶閘管，包括位于同一平面內(nèi)的碳化硅P⁺發(fā)射區(qū)和兩個(gè)N型碳化硅襯底，碳化硅P⁺發(fā)射區(qū)位于兩個(gè)N型碳化硅襯底之間，N型碳化硅襯底和碳化硅P⁺發(fā)射區(qū)上表面依次外延生長(zhǎng)有碳化硅P發(fā)射區(qū)、碳化硅N⁺緩沖層、碳化硅N^?型長(zhǎng)基區(qū)、碳化硅P^?短基區(qū)及碳化硅N⁺發(fā)射區(qū)，N型碳化硅襯底和碳化硅P⁺發(fā)射區(qū)背面覆蓋有陽極歐姆電極；碳化硅N⁺發(fā)射區(qū)與碳化硅P^?短基區(qū)形成臺(tái)階，碳化硅N⁺發(fā)射區(qū)上覆蓋有陰極歐姆電極；碳化硅P^?短基區(qū)兩端上部鑲嵌有兩個(gè)碳化硅P⁺區(qū)，每個(gè)碳化硅P⁺區(qū)上覆蓋有門極歐姆電極，碳化硅N⁺發(fā)射區(qū)和門極歐姆電極之間設(shè)置有門?陰極隔離區(qū)。能進(jìn)一步加快關(guān)斷速度，減少關(guān)斷損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超高壓碳化硅晶閘管，本發(fā)明還涉及該超高壓碳化硅晶閘管的制備方法。

背景技術(shù)

長(zhǎng)期以來，在特高壓直流輸電(UHVDC)系統(tǒng)中，硅晶閘管一直處于壟斷地位，但其電壓阻斷能力和耐dv/dt、di/dt能力已逐漸逼近硅材料所能達(dá)到的物理極限，且不可工作在高溫(大于125℃)環(huán)境下，因此，我們需要尋求新的半導(dǎo)體材料來研發(fā)功率半導(dǎo)體器件。

碳化硅(4H-SiC)，作為發(fā)展較為成熟的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有比硅材料更寬的禁帶寬度，約是硅的3倍；更高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，約為硅的十倍；更高的載流子飽和速度，約是硅的2倍；更高的熱導(dǎo)率，約是硅的3倍；優(yōu)良的Baliga材料優(yōu)選因子等；因此，采用碳化硅制作的電力電子器件比硅的同類器件具有導(dǎo)通電阻小、開關(guān)頻率高、效率高和高溫性能好等優(yōu)點(diǎn)。

在10-30kV阻斷電壓范圍的應(yīng)用市場(chǎng)上，碳化硅晶閘管最具有吸引力。目前研究較多的碳化硅晶閘管是采用P長(zhǎng)基區(qū)結(jié)構(gòu)，原因是若采用N長(zhǎng)基區(qū)，就需要在P型碳化硅襯底上制作，而在相同的摻雜濃度下，P型碳化硅襯底的電阻率比N型碳化硅襯底高約兩個(gè)數(shù)量級(jí)，不利于降低正向壓降和通態(tài)損耗。

晶閘管，作為流控型的功率開關(guān)器件，損耗包括通態(tài)損耗、斷態(tài)損耗和開關(guān)損耗。對(duì)于門極可關(guān)斷(GTO)晶閘管來說，開通損耗遠(yuǎn)小于關(guān)斷損耗，而關(guān)斷損耗主要來自于關(guān)斷過程中的拖尾電流，這是由GTO晶閘管本身結(jié)構(gòu)決定的，通常可以減少額外載流子的壽命來減少關(guān)斷損耗，但減小少子壽命又會(huì)使得通態(tài)特性變差；另外，N型外延層的少子壽命高于P型外延層的少子壽命，使用低質(zhì)量P型碳化硅襯底制作N長(zhǎng)基區(qū)碳化硅晶閘管器件會(huì)引入的大串聯(lián)電阻問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種超高壓碳化硅晶閘管，能在滿足高功率應(yīng)用需求的同時(shí)，減少關(guān)斷損耗。

本發(fā)明的另一目的是提供上述超高壓碳化硅晶閘管的制備方法，能夠提高關(guān)斷速度。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種超高壓碳化硅晶閘管，包括位于同一平面內(nèi)的碳化硅P⁺發(fā)射區(qū)和兩個(gè)N型碳化硅襯底，碳化硅P⁺發(fā)射區(qū)位于兩個(gè)N型碳化硅襯底之間，N型碳化硅襯底和碳化硅P⁺發(fā)射區(qū)上表面依次外延生長(zhǎng)有碳化硅P發(fā)射區(qū)、碳化硅N⁺緩沖層、碳化硅N^-型長(zhǎng)基區(qū)、碳化硅P^-短基區(qū)及碳化硅N⁺發(fā)射區(qū)，N型碳化硅襯底和碳化硅P⁺發(fā)射區(qū)背面覆蓋有陽極歐姆電極；碳化硅N⁺發(fā)射區(qū)與碳化硅P^-短基區(qū)形成臺(tái)階，碳化硅N⁺發(fā)射區(qū)上覆蓋有陰極歐姆電極；碳化硅P^-短基區(qū)兩端上部鑲嵌有兩個(gè)碳化硅P⁺區(qū)，每個(gè)碳化硅P⁺區(qū)上覆蓋有門極歐姆電極，碳化硅N⁺發(fā)射區(qū)和門極歐姆電極之間設(shè)置有門-陰極隔離區(qū)。