注入增强缓冲层结构和含该结构的SiC光触发晶闸管制造技术

本发明专利技术公开了一种注入增强缓冲层结构，包括上缓冲区即第一外延层，该上缓冲区材料为n型SiC，厚度为0.1μm‑2.9μm，上下端表面积为1μm

【技术实现步骤摘要】
注入增强缓冲层结构和含该结构的SiC光触发晶闸管
本专利技术属于半导体器件
，涉及一种注入增强缓冲层结构，本专利技术还涉及一种含注入增强缓冲层结构的SiC光触发晶闸管。
技术介绍
碳化硅(SiC)材料具有禁带宽度大、热导率高、临界雪崩击穿电场强度高、饱和载流子漂移速度大及热稳定性好等优点，使用SiC制作的电力电子器件具有更低的通态压降、更高的工作频率、更低的功耗、更小的体积以及更好的耐高温特性，更适合应用于电力电子电路。碳化硅晶闸管作为SiC高压器件中的一种，具有阻断电压高、通流能力强、安全工作区(SOA)大以及无栅氧化层可靠性影响等优点，能有效提升高压直流输电系统(HVDC)与智能电网电能传输系统的功率密度与效率。在SiC晶闸管的诸多分支中，碳化硅光触发晶闸管(简称SiCLTT)在简化驱动电路与抗电磁干扰方面具有明显优势，是碳化硅晶闸管中最具潜力的种类之一。虽然SiCLTT具有明显的性能优势，但由于铝受主在SiC中的电离能较高(0.19eV)，导致p型SiC材料中的有效载流子浓度较低，造成一定技术问题，主要包括：1)SiCLTT存在阳极空穴注入效率低的问题，严重影响器件的开通性能；2)p型SiC衬底电阻率较高，使得非对称n型长基区SiCLTT无论使用p型衬底还是n型衬底，其通流能力都受到严重抑制。针对上述问题，目前SiCLTT的开通一般采用紫外激光器提供较大的触发光能量，来实现器件的快速开通。而激光器存在效率低、复杂度高的问题，鉴于此：S.L.Rumyantsev等人2013年在“SemiconductorScienceandTechnology”发表文章《Opticaltriggeringofhigh-voltage(18kV-class)4H-SiCthyristors》，文中首次在SiCLTT中引入了放大门极结构，通过引入放大门极，触发光功率密度得到降低，但仍旧存在开通延迟时间大的问题。XiWang等2017年在“ChinesePhysicsB”发表文章《Injectionmodulationofp+-nemitterjunctionin4H-SiClighttriggeredthyristorbydouble-deckthinn-base》，文中使用了双层薄n基区结构，有效改善了4H-SiCLTT阳极注入效率低的问题，降低了触发光功率密度，缩短了开通延迟时间。但文中所报道的新型双层薄n基区结构仅适用于p型长基区结构的SiCLTT，对于非对称n型长基区SiCLTT，目前仍无相关技术方案报道。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种高性能、高可行性的技术方案，用于改善非对称n型长基区SiCLTT阳极空穴注入效率低，器件开通延迟时间大的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种注入增强缓冲层结构，解决了现有非对称n型长基区SiCLTT阳极空穴注入效率低，开通延迟时间大，所需触发光功率高的问题。本专利技术的另一目的是提供一种含注入增强缓冲层结构的SiC光触发晶闸管。本专利技术所采用的技术方案是，一种注入增强缓冲层结构，包括上缓冲区即第一外延层，该上缓冲区材料为n型SiC，厚度为0.1μm-2.9μm，上下端表面积为1μm2-2000cm2；紧邻上缓冲区的下方为下缓冲区即第二外延层，该下缓冲区的材料为n型SiC，厚度为0.1μm-2.9μm，上下端表面积为1μm2-2000cm2；上缓冲区与下缓冲区相连，其中上缓冲区的施主杂质掺杂浓度大于下缓冲区的施主掺杂浓度。本专利技术所采用的另一技术方案是，一种含注入增强缓冲层结构的SiC光触发晶闸管，包括衬底，在衬底下表面制作有第一外延层，在第一外延层下表面制作有第二外延层，在第二外延层下表面制作有第三外延层；在衬底上表面制作有第四外延层，在第四外延层上表面制作有第五外延层，在衬底上部镶嵌有结终端，并且结终端位于第四外延层的末端之外；还包括绝缘介质薄膜，绝缘介质薄膜覆盖在第五外延层的各个凸台侧壁、各个凸台之间的第四外延层表面、第四外延层末端侧壁、结终端表面、以及结终端末端之外衬底的表面，绝缘介质薄膜位于各个凸台之间的部分的高度低于凸台的上端面；在第五外延层的各个凸台上端面覆盖有阴极；在第三外延层下端面覆盖有阳极。本专利技术的有益效果是，相比于常规缓冲层结构，在功能上本专利技术不仅具有防止电场穿通的功能，还具有调节载流子注入的功能；在结构上本专利技术为双层结构，具有上缓冲区与下缓冲区，较常规缓冲层结构多一层。应用在非对称n型长基区SiCLTT中时，本专利技术位于n型长基区与p+发射区之间，既能在阻断状态下阻止电场的穿通，又能在开启过程中增强p+发射区的空穴注入，改善由于空穴浓度低导致下pnp晶体管增益小的问题。为非对称n型长基区SiCLTT性能的提升提供可行的技术方案，具有良好的应用前景。附图说明图1是本专利技术的注入增强缓冲层结构与掺杂浓度分布示意图；图2是本专利技术含注入增强缓冲层结构的SiC光触发晶闸管实施例结构示意图；图3是本专利技术含注入增强缓冲层结构的SiC光触发晶闸管的制作过程示意图，其中，图3a是SiCLTT的衬底结构示意图；图3b是制作第一外延层的示意图；图3c是制作第二外延层的示意图；图3d是制作第三外延层的示意图；图3e是制作第四外延层的示意图；图3f是制作第五外延层的示意图；图3g是制作第五外延层凸台的示意图；图3h是制作第四外延层台面的示意图；图3i是制作结终端的示意图；图3j是制作绝缘介质薄膜的示意图；图3k是刻蚀凸台上端面绝缘介质薄膜的示意图；图3l是制作阴极金属与阳极金属的示意图；图3m为制作阴极压焊块与阳极压焊块的示意图；图4是本专利技术实施例1应用于20kV非对称n型长基区4H-SiCLTT的主器件结构示意图(相当于图1的局部)；图5是本专利技术实施例1的20kV4H-SiCLTT与传统20kV4H-SiCLTT在波长365nm、功率密度1.0W/cm2紫外光(UV光)触发下的开通电流密度及电压波形比较图。图中，1.第三外延层，2.第二外延层，3.第一外延层，4.衬底，5.第四外延层，6.第五外延层，7.绝缘介质薄膜，8.阴极，9.结终端，10.阳极。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。以下文本中的上下方位以图1、图2所示为基准，实际位置以此类推。参照图1、图2，本专利技术的注入增强缓冲层结构是，包括上缓冲区(即第一外延层3，上层n缓冲区)，该上缓冲区材料为n型SiC，厚度为0.1μm-2.9μm，上下端表面积为1μm2-2000cm2；紧邻上缓冲区的下方为下缓冲区(即第二外延层2，下层n-缓冲区)，该下缓冲区的材料为n型SiC，厚度为0.1μm-2.9μm，上下端表面积为1μm2-2000cm2；上缓冲区与下缓冲区相连，其中上缓冲区的施主杂质掺杂浓度大于下缓冲区的施主掺杂浓度，共同组成本专利技术的注入增强缓冲层结构。本专利技术的注入增强缓冲层结构应用在器件中时位于器件发射区(即第三外延层1)与长基区(即衬底4)之间，其中下缓冲区与p+发射区相接，上缓冲区与长基区相接。参照图2，本专利技术含注入增强缓冲层结构的SiC光触发晶闸管的结构是，包括衬底4，该衬底4的材料为n型SiC，该衬底4的厚度为100μm-1mm，该衬底4的上下端表面积为1μm2-2000cm2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种注入增强缓冲层结构，其特征在于：包括上缓冲区即第一外延层(3)，该上缓冲区材料为n型SiC，厚度为0.1μm‑2.9μm，上下端表面积为1μm

【技术特征摘要】
1.一种注入增强缓冲层结构，其特征在于：包括上缓冲区即第一外延层(3)，该上缓冲区材料为n型SiC，厚度为0.1μm-2.9μm，上下端表面积为1μm2-2000cm2；紧邻上缓冲区的下方为下缓冲区即第二外延层(2)，该下缓冲区的材料为n型SiC，厚度为0.1μm-2.9μm，上下端表面积为1μm2-2000cm2；上缓冲区与下缓冲区相连，其中上缓冲区的施主杂质掺杂浓度大于下缓冲区的施主掺杂浓度。2.一种含注入增强缓冲层结构的SiC光触发晶闸管，其特征在于：包括衬底(4)，在衬底(4)下表面制作有第一外延层(3)，在第一外延层(3)下表面制作有第二外延层(2)，在第二外延层(2)下表面制作有第三外延层(1)；在衬底(4)上表面制作有第四外延层(5)，在第四外延层(5)上表面制作有第五外延层(6)，在衬底(4)上部镶嵌有结终端(9)，并且结终端(9)位于第四外延层(5)的末端之外；还包括绝缘介质薄膜(7)，绝缘介质薄膜(7)覆盖在第五外延层(6)的各个凸台侧壁、各个凸台之间的第四外延层(5)表面、第四外延层(5)末端侧壁、结终端(9)表面、以及结终端(9)末端之外衬底(4)的表面，绝缘介质薄膜(7)位于各个凸台之间的部分的高度低于凸台的上端面；在第五外延层(6)的各个凸台上端面覆盖有阴极(8)；在第三外延层(1)下端面覆盖有阳极(10)。3.根据权利要求2所述的含注入增强缓冲层结构的SiC光触发晶闸管，其特征在于：所述的衬底(4)的材料为n型SiC，该衬底(4)的厚度为100μm-1mm，该衬底(4)的上下端表面积为1μm2-2000cm2。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲红斌，王曦，陈春兰，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61