[发明专利]一种含埋层结构的碳化硅PiN二极管

说明书

一种含埋层结构的碳化硅PiN二极管，包括从下至上依次设置的阴极、N型碳化硅衬底、N型碳化硅外延层、P型区和金属阳极，N型碳化硅外延层内还设置有N型埋层和/或P型埋层，N型埋层位于N型碳化硅衬底上方，用于增强N型碳化硅衬底与N型碳化硅外延层边界处的电场；P型埋层位于P型区下方，用于增强P型区与N型碳化硅外延层边界处的电场。本发明通过引入P型埋层增强P型区与N型碳化硅外延层边界处的电场，通过引入N型埋层增强N型碳化硅衬底与N型碳化硅外延层边界处的电场，增强了电导调制的效果，提高了碳化硅PiN二极管正向导通电流，提高了碳化硅PiN二极管的正向导通性能。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及一种含埋层结构的碳化硅PiN二极管。

背景技术

宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)具有宽禁带宽度、高临界击穿电场、高热导率、高电子饱和速率以及热稳定性好等优点，是制作高温、高压、高频、高功率、强辐照环境下的半导体器件的理想材料。在同等条件下，碳化硅PiN二极管比硅PiN二极管具有更高的击穿电压和更低的通态电阻。碳化硅PiN二极管性能的提升源于其优越的材料特性：高临界击穿电场可以使碳化硅PiN二极管的漂移区做得更薄，掺杂也相应更大，这样不仅减小了正向导通电阻，同时也提升了开关速度；碳化硅优良的热导率，可以把碳化硅PiN二极管工作过程中产生的热量更快地扩散出去，在相同的结温下可以获得更高的功率密度；碳化硅大的禁带宽度，使得碳化硅PiN二极管在500℃时的结泄漏电流可以近似为零，从而在不产生太大泄漏电流或热耗散的情况下，允许器件在高温下正常工作。因此大功率碳化硅PiN二极管将会在功率半导体领域发挥举足轻重的作用，也将是未来功率整流器研究领域的重点，在军事和民事方面都具有非常广阔的应用前景。

传统的碳化硅PiN二极管受限于碳化硅外延材料缺陷(具有较低的少子寿命)，正向导通时的电导调制效应会降低，导通电阻增大从而使得正向电流较小，严重影响了碳化硅PiN二极管的正向导通特性，限制了其在高压大电流领域的应用。

发明内容

针对传统碳化硅PiN二极管正向电流小的问题，本发明提出一种一种含埋层结构的碳化硅PiN二极管，通过引入P型埋层5使得P型区6与N型碳化硅外延层4边界处的电场增强，通过引入N型埋层3使得N型碳化硅衬底与N型碳化硅外延层4边界处的电场增强，与传统碳化硅PiN二极管结构相比，本发明在正向导通时具有更强的电导调制效果，降低了二极管的导通电阻，减少其通态损耗，使碳化硅PiN二极管的正向特性得到了良好的改善。

本发明的技术方案为：

一种含埋层结构的碳化硅PiN二极管，包括从下至上依次设置的阴极、N型碳化硅衬底、N型碳化硅外延层、P型区和金属阳极；

所述N型碳化硅外延层内还设置有N型埋层和/或P型埋层，所述N型埋层位于所述N型碳化硅衬底上方，用于增强所述N型碳化硅衬底与所述N型碳化硅外延层边界处的电场；所述P型埋层位于所述P型区下方，用于增强所述P型区与所述N型碳化硅外延层边界处的电场。

具体的，所述N型埋层下表面与所述N型碳化硅衬底上表面的距离不超过2μm，所述P型埋层上表面与所述P型区下表面的距离不超过2μm。

具体的，所述P型埋层上表面与所述P型区下表面的距离为1μm，所述P型埋层的掺杂浓度为10¹⁸cm^-3；所述N型埋层下表面与所述N型碳化硅衬底上表面的距离为1μm，所述N型埋层的掺杂浓度为10¹⁸cm^-3。

具体的，所述P型区的掺杂浓度为10¹⁹cm^-3，厚度为1μm；所述N型碳化硅衬底的掺杂浓度为10¹⁹cm^-3；所述N型碳化硅外延层的厚度为30μm，掺杂浓度为3×10¹⁵cm^-3。