[发明专利]一种集成LED的光增强碳化硅功率器件

说明书

一种集成LED的光增强碳化硅功率器件，涉及碳化硅功率半导体。由多个元胞并联而成，各元胞结构包括：P型掺杂集电区，位于P型掺杂集电区上方的N型掺杂场终止层，位于N型掺杂场终止层上方的N型掺杂漂移区，位于N型漂移区上方的P型掺杂的阱区，位于P型掺杂的阱区内部的N型掺杂的源区和P型掺杂的基区，位于N型漂移区和P型掺杂的阱区上方的氧化层，位于氧化层上方的栅极电极；集成的LED位于JFET区域的上方且在栅极电极的内部；发射极电极位于N型掺杂的源区和P型掺杂的基区上方；集电极位于P型掺杂集电区下方。在顶部栅极集成LED，利用LED发射出的光使JFET区域产生电子‑空穴对，降低JFET区域与漂移区的电阻率。

技术领域

本发明属于碳化硅功率半导体领域，尤其是涉及一种集成LED的光增强碳化硅功率器件。

背景技术

碳化硅(SiC)作为一种新兴的第三代半导体材料，具有优良的物理和电学特性。在电动汽车、轨道交通、智能电网、绿色能源等领域有着广泛的应用前景。

金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)驱动电路简单，开关速度快，在万伏以下的场景之中拥有广泛的应用潜力。绝缘栅双极型晶体管(IGBT)兼具有MOSFET驱动电路简单、开关速度快和双极型晶体管(BJT)电导调制导通电阻低的优点，在电力电子领域具有广泛的应用前景。

但是，由于碳化硅材料本身的特点，其禁带较宽，本征激发产生的载流子较少，因此，相比于硅材料IGBT，碳化硅IGBT电导调制产生的载流子浓度较小，不利于器件的导通。而对于碳化硅MOSFET，由于其电阻为线性，其无法产生电导调制作用，因此在高电压应用环境下，碳化硅MOSFET电阻较大。

使用合适的光源，有助于在碳化硅体内生成电子-空穴对，可以增强碳化硅器件的电导调制效应，增强器件的导通特性。若使用辅助光源对碳化硅器件导通进行调控，则需要额外的电路，增加器件驱动电路的复杂性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供结合碳化硅材料的特性，改善碳化硅功率器件的导通特性，将LED集成到相应的功率器件之中，提升器件的集成度的一种集成LED的光增强碳化硅功率器件。

本发明由多个元胞并联而成，各元胞结构包括：P型掺杂集电区、N型掺杂场终止层、N型掺杂漂移区、P型掺杂的阱区、N型掺杂的源区、P型掺杂的基区、氧化层、栅极电极、集成的LED、发射极电极和集电极；N型掺杂场终止层位于P型掺杂集电区上方，N型掺杂漂移区位于N型掺杂场终止层上方；P型掺杂的阱区位于N型漂移区的上方；N型掺杂的源区和P型掺杂的基区位于P型掺杂的阱区的内部；氧化层位于N型掺杂漂移区的上方；栅极电极位于氧化层上方；集成的LED位于JFET区域的上方且在栅极电极的内部；发射极电极位于N型掺杂的源区和P型掺杂的基区的上方；集电极位于P型掺杂集电区的下方。

优选的，P型掺杂集电区掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～5×10²⁰cm^-3，厚度为0.1～20μm，N型掺杂场终止层的掺杂浓度为1×10¹⁴cm^-3～5×10²⁰cm^-3，厚度为0.1～10μm。N型掺杂漂移区的掺杂浓度为1×10¹³cm^-3～1×10¹⁸cm^-3，厚度依照所需要实现的阻断电压设定为5～200μm。

优选的，P型掺杂的阱区的掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3～5×10¹⁹cm^-3。N型掺杂的源区的深度为0.2～0.8μm，N型掺杂的源区的掺杂浓度在1×10¹⁷cm^-3以上；P型掺杂的基区的深度为0.2～1.5μm，P型掺杂的基区的掺杂浓度在1×10¹⁷cm^-3以上。