[发明专利]注入增强缓冲层结构和含该结构的SiC光触发晶闸管

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及一种注入增强缓冲层结构，本发明还涉及一种含注入增强缓冲层结构的SiC光触发晶闸管。

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，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SiC LTT)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SiC LTT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)SiC LTT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SiC LTT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SiC LTT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“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。

Xi Wang等2017年在“Chinese Physics B”发表文章《Injection modulation of p⁺-n emitter junction in 4H-SiC light triggered thyristor by double-deck thin n-base》，文中使用了双层薄n基区结构，有效改善了4H-SiC LTT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SiC LTT，对于非对称n型长基区SiC LTT，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SiC LTT阳极空穴注入效率低，器件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注入增强缓冲层结构，解决了现有非对称n型长基区SiC LTT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。

本发明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。

本发明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。

本发明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。