[发明专利]一种具有双层薄n基区的碳化硅光触发晶闸管及制作方法

说明书

本发明公开了一种具有双层薄n基区的碳化硅光触发晶闸管，包括SiC衬底，在SiC衬底之上依次制作有第一外延层、第二外延层、第三外延层、第四外延层、第五外延层、第六外延层，第六外延层分为多个凸台；在第三外延层上部镶嵌有结终端，并且结终端位于第四外延层和第五外延层的末端之外；还包括绝缘介质薄膜，绝缘介质薄膜覆盖在各个凸台侧壁、各个凸台之间的第五外延层表面以及结终端台面的侧壁与表面；在第六外延层的各个凸台上端面覆盖有阳极；在SiC衬底下端面覆盖有阴极。本发明还公开了该种具有双层薄n基区的碳化硅光触发晶闸管的制作方法。本发明的结构独特，器件性能优异；本发明的制作方法，便于实施。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及一种具有双层薄n基区的碳化硅光触发晶闸管，本发明还涉及该种具有双层薄n基区的碳化硅光触发晶闸管的制作方法。

背景技术

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，是制造电力半导体器件的理想材料。SiC高压器件与同等级的硅器件相比，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。SiC晶闸管作为SiC高压器件中的一种，具有阻断电压高、通态压降低、安全工作区(SOA)大以及无栅氧化层可靠性问题等优点，能突破硅晶闸管的物理极限，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。相比于SiC电控晶闸管(SiC ETT)，SiC光触发晶闸管(SiC LTT)在简化驱动电路与抗电磁干扰方面具有更多优势。

因铝受主在SiC中的电离能较高(0.19eV)，p型SiC材料具有较高的电阻率。为了避免使用电阻率较高的p型衬底，耐压10kV及以下的SiC晶闸管一般需采用p型长基区结构。采用p型长基区结构的SiC晶闸管，p⁺发射区空穴浓度较低，影响p⁺-n发射结注入效率，导致SiCLTT存在开通延迟时间大的问题。为了缩短开通延迟时间，一般使用紫外激光脉冲对SiCLTT进行触发，而激光源存在体积大、效率低的问题。鉴于此，紫外发光二极管(UV LED)被用于触发SiC LTT。但UV LED光功率密度较小，难以满足高压SiC LTT的触发需求。

N.Dheilly等2011年在Electronics Letters发表文章《Optical triggering ofSiC thyristors using UV LEDs》，文中利用330nm波长的UV LED对SiC LTT进行了触发，光脉冲宽度为20μs，SiC LTT经2.6μs的延迟后电压才开始下降。N.Dheilly等的工作首次实现了SiC LTT的UV LEDs触发，但SiC LTT开通延迟时间较大，仍需改进。

S.L.Rumyantsev等2013年在Semiconductor Science and Technology发表文章《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。

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UV LED触发SiC LTT开通延迟时间大的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有双层薄n基区的碳化硅光触发晶闸管，解决了现有SiC LTT p⁺-n发射结注入效率低，开通延迟时间大，所需触发光功率高的问题。

本发明的另一目的是提供该种具有双层薄n基区的碳化硅光触发晶闸管的制作方法。

本发明所采用的技术方案是，一种具有双层薄n基区的碳化硅光触发晶闸管，包括SiC衬底，该SiC衬底的材料为n型4H-SiC，