[发明专利]一种具有变掺杂短基区的碳化硅光触发晶闸管

说明书

本发明具有变掺杂短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，其中第四外延层杂质浓度在垂直方向存在由上至下降低的分布趋势，第五外延层分为尺寸相同的多个凸台，每个凸台的侧壁为平面；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的上表面，位于各个凸台之间的绝缘介质薄膜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阳极；在SiC衬底下端面覆盖有阴极。本发明的结构，独特新颖，可使SiC LTT的开通特性得到更好的改善。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及一种具有变掺杂短基区的碳化硅光触发晶闸管。

背景技术

由于碳化硅(SiC)材料具有击穿电场大、禁带宽、热导率高、电子饱和漂移速度高及体积小等优点，SiC器件有着3倍于Si器件的工作温度，10倍的工作速度和1/100的功耗，在高温、高频、大功率、光电子及抗辐射器件等方面具有巨大的潜力。

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，影响上pnp晶体管的电流增益，导致SiC LTT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SiC LTT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。

Xi Wang等2017年在“Chinese Physics B”发表文章《Injection modulation ofp⁺-n emitter junction in 4H-SiC light triggered thyristor by double-deck thinn-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基区结构对短基区少子输运具有阻挡作用，具有一定的局限性。

因此，针对上述问题，有必要提供一种高性能、高可行性的技术方案，用于提高SiCLTT短基区少子输运能力、改善SiC LTT开通性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有变掺杂短基区的碳化硅光触发晶闸管，解决了现有SiC LTT短基区少子传输效率低，开通延迟时间长，所需触发光功率高的问题。

本发明采用的技术方案是，一种具有变掺杂短基区的碳化硅光触发晶闸管，包括SiC衬底，在SiC衬底之上制作有第一外延层，即n⁺缓冲层；

在第一外延层之上制作有第二外延层，即p⁺缓冲层；