[发明专利]一种超结型快恢复二极管器件

说明书

本发明公布了一种超结型快恢复二极管器件，自下而上包括阴极金属层、N+阴极区、N型缓冲层、P型区和阳极金属层，所述N型缓冲层和P型区之间还设置有由交替掺杂的P型柱区和N型柱区组成的超结结构。本发明改善硅基功率器件固有的通态压降与击穿电压之间的矛盾，实现对二极管器件击穿电压的提升，同时优化了其反向恢复特性。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，主要涉及一种超结型快恢复二极管器件。

背景技术

功率半导体器件的发展在电力电子技术的发展中起着关键作用，在电力电子技术的不断发展过程中，先后出现了晶闸管、MOSFET、IGBT、MCT等产品，复合化、模块化的功率集成方向是功率半导体器件的一个主要发展方向，功率二极管在所有的功率半导体器件中最为简单常用，广泛应用于各种电子电路之中。功率二极管的主要作用是整流和续流，现代电力电子电路的主回路中，不管是采用换流方式关断的晶闸管，还是采用具有自关断能力的MOSFET、IGBT等新型功率半导体器件，都需要并联一个功率快恢复二极管，来实现负载中无功功率的流通。

随着电力电子技术的发展，IGBT和MOSFET等功率半导体器件的频率和性能等不断提升，则对与之相匹配的功率二极管的性能要求也越来越高，比如更低的正向压降、更高的耐压性能、更小的反向漏电流、较小的反向恢复电流、快速的软恢复特性等。但二极管的各种特性之间的优化大都是相互矛盾，比如正向导通特性与反向恢复特性之间的折衷，二极管导通时注入的载流子数量的增加会使得正向导通压降减小，但同时会导致反向恢复时间的增加等。

快恢复二极管性能的提升主要分为三种方式，寿命控制技术、新材料技术以及结构改进方式。寿命控制技术主要包括电子辐照技术和重金属掺杂技术，是通过在器件内部引入深能级复合中心来减小少数载流子寿命，从而减小器件的反向恢复时间，但是会导致器件正向导通压降和反向漏电流的增大，并使得器件反向恢复软度因子减小，器件稳定性差。新材料技术方面主要是指SiC和GaN等宽禁带半导体材料的研究，由于这些材料的临界击穿电场较高，电子的饱和速率较快等特点，成为了制作高频高压器件的更理想的材料，但目前这方面工艺还不够成熟，生产成本较高。器件结构方面主要是通过对器件结构的设计和改进来控制发射极效率，其中缓冲层结构的应用较为广泛，除此之外还有将肖特基结构与PIN二极管结合的MPS二极管以及可以自动调节发射极效率的自调节P+发射极(SPEED)二极管等。亟待需要本技术领域人员研究设计新型结构来提升快恢复功率二极管的静态特性和动态特性。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提出了一种具有超结结构的快恢复二极管器件，在漂移区承受反向电压时，超结结构的PN柱之间会产生一个横向电场，使PN结耗尽，超结部分的漂移区电场分布均匀平坦，可以打破“硅极限”，改善二极管器件固有的通态压降与击穿电压之间的矛盾，实现对二极管器件击穿电压的提升，实现降低通态压降，提高击穿电压的同时，还优化了反向恢复特性，包括恢复时间，反向恢复的峰值电流等。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种超结型快恢复二极管器件，自下而上包括阴极金属层、N+阴极区、N型缓冲层、阳极侧低掺杂的P型区和阳极金属层，所述N型缓冲层和P型区之间还设置有由交替掺杂的P型柱区和N型柱区组成的超结结构。

进一步的，所述N型缓冲层的上部还设置有N型半导体漂移区，所述N型半导体漂移区和P型区之间设置有由交替掺杂的P型柱区和N型柱区组成的超结结构。

进一步的，所述P型区内设置有完全嵌入式的P+区。

进一步的，所述P+区的掺杂浓度为1×10¹⁶cm^-3～5×10¹⁹cm^-3。

进一步的，所述P+区与阳极金属层欧姆接触。