[发明专利]一种外延层变掺杂浓度的碳化硅二极管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种外延层变掺杂浓度的碳化硅二极管及其制备方法，其中碳化硅二极管包括碳化硅衬底、位于所述碳化硅衬底一侧的阴极、位于所述衬底背离所述阴极一侧的碳化硅外延层、位于所述碳化硅外延层表面的阳极，所述碳化硅衬底的掺杂浓度高于所述碳化硅外延层的掺杂浓度，所述碳化硅外延层的掺杂浓度按下式变化掺杂：其中N_d为外延层的掺杂浓度，ε为碳化硅材料的介电常数，E_C为碳化硅材料的临界击穿电场，q为单位电子电荷，V_bd为击穿电压，t为距离器件表面的深度与外延层厚度的比值。通过使用本发明技术方案中的函数浓度掺杂，可以提高器件的导通电流，保持阻断特性。

技术领域

本发明属于半导体和功率半导体领域，具体涉及一种外延层掺杂浓度变化的功率半导体及其制备方法。

背景技术

与硅材料相比，碳化硅材料的禁带宽度很宽，临界击穿电场强度很高，是目前用来制造高压功率器件的较为理想的材料。碳化硅器件外延层的设计对于功率器件至关重要。在实际的设计中，必须综合考虑器件的正向导通特性和反向阻断特性。目前，碳化硅外延层的掺杂为一致性掺杂，即均匀掺杂，掺杂浓度保持不变。采用外延层均匀掺杂的器件，导通电流具有进一步提高的空间。

发明内容

发明目的：针对现有技术中的问题，本发明公开了一种外延层掺杂浓度变化的功率半导体及其制备方法，提出了外延层掺杂浓度的函数变化关系。通过使用本发明技术方案中的函数浓度掺杂，可以提高器件的导通电流，保持阻断特性。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

本发明一方面公开了一种外延层变掺杂浓度的碳化硅二极管，包括碳化硅衬底、位于所述碳化硅衬底一侧的阴极、位于所述衬底背离所述阴极一侧的碳化硅外延层、位于所述碳化硅外延层表面的阳极，所述碳化硅衬底的掺杂浓度高于所述碳化硅外延层的掺杂浓度，所述碳化硅外延层的掺杂浓度按下式变化掺杂：

其中N_d为外延层的掺杂浓度，ε为碳化硅材料的介电常数，E_C为碳化硅材料的临界击穿电场，q为单位电子电荷，V_bd为击穿电压，t为距离器件表面的深度与外延层厚度的比值。

所述碳化硅衬底的导电掺杂类型与碳化硅外延层的导电掺杂类型同为第一导电类型，所述第一导电类型为n型或p型。

所述碳化硅衬底的掺杂浓度为1e18～6e19cm-3。

本发明另一方面公开了一种外延层变掺杂浓度的碳化硅二极管制备方法，包括如下步骤：

提供导电掺杂类型为第一导电类型的碳化硅衬底；

在所述碳化硅衬底一侧生长外延层；

在所述碳化硅外延层表面形成所述二极管的阳极；

在所述碳化硅衬底背离所述外延层一侧形成所述二极管的阴极；

所述碳化硅衬底的掺杂浓度高于所述碳化硅外延层的掺杂浓度，所述碳化硅外延层的掺杂浓度按下式变化掺杂：

其中N_d为外延层的掺杂浓度，ε为碳化硅材料的介电常数，E_C为碳化硅材料的临界击穿电场，q为单位电子电荷，V_bd为击穿电压，t为距离器件表面的深度与外延层厚度的比值。

有益效果：在外延层厚度相同的条件下，与外延层均匀掺杂的碳化硅二极管相比，本发明公开的外延层变掺杂浓度的碳化硅二极管具有更高的导通电流，且保持了阻断特性。

附图说明

图1为实施例1中杂质均匀掺杂分布曲线图；