一种光增强消除折回现象的逆导型IGBT器件制造技术

一种光增强消除折回现象的逆导型IGBT器件，由多个元胞并联形成，各元胞包括P型掺杂集电区、N型掺杂集电区、N型掺杂漂移区、N型掺杂缓冲层、N型掺杂漂移区、P型掺杂的阱区、N型掺杂的源区、P型掺杂的基区、P型掺杂的沟道区、氧化层、栅极电极、发射极电极、集电极电极、LED元胞；该器件通过将IGBT的顶部栅极开孔，使用在栅极内部集成LED元胞的方法，使得光线入射到JFET区，并且产生光生载流子，增大器件的导通电流，消除逆导型IGBT器件的折回(Snap

【技术实现步骤摘要】
一种光增强消除折回现象的逆导型IGBT器件


[0001]本专利技术涉及功率半导体领域，尤其涉及一种光增强消除折回现象的逆导型IGBT器件。

技术介绍

[0002]功率器件又称电力电子器件，具有高电压、大电流的处理能力。目前主流的功率器件类型包括MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、GTO(可关断晶闸管)、BJT(双极型三极管)等。
[0003]IGBT兼具有MOSFET驱动电路简单、开关速度快和BJT导通电阻低的优点，在电力电子领域具有广泛的应用前景。
[0004]然而，传统的IGBT器件缺少体二极管，无法在实际应用中起到自行续流的功能，因此常常需要反并联一个功率二极管进行续流以保护电路。但是，在外电路引入一个二极管会增加模块的体积以及功耗，并且带来成本的增加。因此研究人员基于传统的IGBT研制出了逆导型IGBT(RC
‑
IGBT)，通过在IGBT中引入体二极管，帮助器件在电流反向时进行续流。但是逆导型IGBT在使用中还有若干问题需要克服解决，其中最重要的问题之一便是正向输出特性的折回效应。在逆导型IGBT导通初期，电流较小，器件以单极型的MOSFET模式导通，集电极电压较大；但是当集电极电压增加到大于某值后，RC
‑
IGBT的集电结被打开，集电极的大量载流子进入漂移区引起电导调制效应，器件进入双极型的IGBT工作模式，电流迅速增加，电压出现较大幅度下降，发生折回(Snap
‑
back)现象，器件表现出负阻效应。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种光增强消除折回现象的逆导型IGBT器件，以消除传统逆导型IGBT正向输出特性的折回效应并且提高IGBT器件的导通电流。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种光增强消除折回现象的逆导型IGBT器件，由多个元胞并联形成，各所述元胞结构包括：
[0008]P型掺杂集电区(1)、N型掺杂集电区(2)、N型掺杂漂移区(3)、N型掺杂缓冲层(4)、N型掺杂漂移区(5)、P型掺杂的阱区(6)、N型掺杂的源区(7)、P型掺杂的基区(8)、P型掺杂的沟道区(9)、氧化层(10)、栅极电极(11)、发射极电极(12)、集电极电极(13)、LED元胞(14)。
[0009]所述N型掺杂漂移区(3)位于P型掺杂集电区(1)和N型掺杂集电区(2)的上方；所述N型掺杂缓冲层(4)位于N型掺杂漂移区(3)的上方；所述N型掺杂漂移区(5)位于所述N型掺杂缓冲层(4)的上方；所述P型掺杂的阱区(6)位于N型漂移区(5)的上方；所述N型掺杂的源区(7)位于P型掺杂的阱区(6)的内部；所述P型掺杂的基区(8)位于P型掺杂的阱区(6)的内部；P型掺杂的沟道区(9)位于JFET区和N型掺杂的源区(7)之间；所述氧化层(10)位于P型掺杂的沟道区(9)和JFET区的上方；所述栅极电极(11)位于氧化层(10)的上方；所述发射极电
极(12)位于N型掺杂的源区(7)与P型掺杂的基区(8)的上方；所述集电极电极(13)位于P型掺杂集电区(1)和N型掺杂集电区(2)的下方；所述第一LED元胞(14)位于氧化层(10)的上方；所述第二LED元胞(15)位于发射极电极(12)的内部，P型掺杂的基区(8)的上方。
[0010]所述P型掺杂集电区(1)和N型掺杂集电区(2)的掺杂浓度为1
×
10
18
～5
×
10
19
cm
‑3，厚度为1～20μm。
[0011]所述N型掺杂漂移区(3)的掺杂浓度为1
×
10
14
～1
×
10
15
cm
‑3，所述N型掺杂缓冲层(4)的掺杂浓度为1
×
10
16
～1
×
10
18
cm
‑3，N型掺杂漂移区(3)和N型掺杂缓冲层(4)的厚度为0.2～5μm。
[0012]所述N型掺杂漂移区(5)的掺杂浓度为1
×
10
14
～1
×
10
15
cm
‑3，厚度依照所需要实现的阻断电压设定为30～220μm。
[0013]所述P型掺杂的阱区(6)的掺杂浓度为2
×
10
16
～5
×
10
19
cm
‑3，深度为0.2～1.5μm。
[0014]所述N型掺杂的源区(7)的掺杂浓度为1
×
10
16
～1
×
10
20
cm
‑3，深度为0.2～0.8μm。
[0015]所述P型掺杂的基区(8)的掺杂浓度为1
×
10
16
～1
×
10
20
cm
‑3，深度为0.2～1.5μm。
[0016]所述P型掺杂的沟道区(9)的掺杂浓度为1
×
10
15
cm
‑3～5
×
10
17
cm
‑3，深度为0.1～1.5μm。
[0017]优选的，LED元胞的发光波长为30～1800nm；顶部栅极开孔，通过植入LED元胞实现光线入射到JFET区，产生光生载流子。
[0018]优选的，IGBT器件使用的材料根据使用场景的不同可以是硅或者碳化硅。
[0019]优选的，LED元胞的材料根据IGBT所用半导体材料的不同，可以选取AlGaN或者InAlGaAs等以调整发光波长，在IGBT内部产生光生载流子。
[0020]本专利技术相较于传统逆导型IGBT器件，具有以下优点：
[0021]1、本专利技术通过引入光注入手段，加强逆导型IGBT器件在JFET区和漂移区的电导调制效应，增大器件的电流，使器件能够提前进入双极型导通状态，从而消除逆导型IGBT器件的折回(Snap
‑
back)现象。
[0022]2、本专利技术可应用于高压领域，器件的制备工艺和现有的平面型IGBT器件工艺相兼容。
[0023]3、本专利技术引入光注入手段，增强了IGBT器件在JFET区和漂移区的电导调制效果，增加了通态时器件JFET区和漂移区的载流子浓度，降低了器件的导通电阻，提高了器件的导通特性。
[0024]4、本专利技术加强了逆导型IGBT的续流特性。由于光注入效应的存在，逆导型IGBT的N型集电区可以使用较大的宽度而不发生折回(Snap
‑
back)现象，而大的N型集电区宽度可以极大增强逆导型IGBT反向导通时寄生PIN的电导调制，获得很低的反向导通电阻，使逆导型IGBT的续流特性大为增强。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光增强消除折回现象的逆导型IGBT器件，其特征在于：由多个元胞并联形成，各所述元胞的结构包括：P型掺杂集电区(1)、N型掺杂集电区(2)、N型掺杂漂移区(3)、N型掺杂缓冲层(4)、N型掺杂漂移区(5)、P型掺杂的阱区(6)、N型掺杂的源区(7)、P型掺杂的基区(8)、P型掺杂的沟道区(9)、氧化层(10)、栅极电极(11)、发射极电极(12)、集电极电极(13)、LED元胞(14)；所述N型掺杂漂移区(3)位于P型掺杂集电区(1)和N型掺杂集电区(2)的上方；所述N型掺杂缓冲层(4)位于N型掺杂漂移区(3)的上方；所述N型掺杂漂移区(5)位于所述N型掺杂缓冲层(4)的上方；所述P型掺杂的阱区(6)位于N型漂移区(5)的上方；所述N型掺杂的源区(7)位于P型掺杂的阱区(6)的内部；所述P型掺杂的基区(8)位于P型掺杂的阱区(6)的内部；P型掺杂的沟道区(9)位于JFET区和N型掺杂的源区(7)之间；所述氧化层(10)位于P型掺杂的沟道区(9)和JFET区的上方；所述栅极电极(11)位于氧化层(10)的上方；所述发射极电极(12)位于N型掺杂的源区(7)与P型掺杂的基区(8)的上方；所述集电极电极(13)位于P型掺杂集电区(1)和N型掺杂集电区(2)的下方；所述LED元胞(14)位于氧化层(10)的上方。2.如权利要求1所述的一种光增强消除折回现象的逆导型IGBT器件，其特征在于：所述P型掺杂集电区(1)和N型掺杂集电区(2)的掺杂浓度为1
×
10
18
～5
×
10
19
cm
‑3，厚度为1～20μm。3.如权利要求1所述的一种光增强消除折回现象的逆导型IGBT器件，其特征在于：所述N型掺杂漂移区(3)的掺杂浓度为1
×
10
14
～1
×
10
15
cm
‑3，所述N型掺杂缓冲层(4)的掺杂浓度为1
×
10
16
～1
×...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，陈雨箭，张国良，洪荣墩，
申请(专利权)人：昆山厦大创新中心，
类型：发明
国别省市：