一種帶雪崩特性的GaN基肖特基二極管器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶雪崩特性的GaN基肖特基二極管器件。器件包括將兩個反向額定電壓相同的GaN基肖特基二極管與Si基二極管并聯(lián)，使得器件在反向工作時，當(dāng)反向耐壓超過器件的反向額定電壓時，通過Si基二極管的雪崩擊穿效應(yīng)，固定反向電壓，并且通過Si基二極管的雪崩效應(yīng)產(chǎn)生雪崩電流，反饋給保護電路。從而保護器件本身以及整個電路系統(tǒng)，增強器件和電路的安全性與穩(wěn)定性。
【專利說明】一種帶雪崩特性的GaN基肖特基二極管器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力電子器件制造以及電力電子電路領(lǐng)域，尤其設(shè)計一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管器件。
[0002]研究背景
GaN基半導(dǎo)體材料由于具有寬禁帶、高電子遷移速度、高熱導(dǎo)率、耐腐蝕，抗輻射等突出優(yōu)點，在制作高溫、高頻、大功率電子器件方面有著獨特的優(yōu)勢。
[0003]GaN基高壓肖特基二極管由于相較于Si基二極管器件具有更低的導(dǎo)通電阻，更高的反向耐壓，以及極短的反向恢復(fù)時間，以及比SiC基二極管器件具有更低的價格，得到了廣泛的研究和發(fā)展。
[0004]但是，由于肖特基二極管在反向工作時，隨著耐壓的升高會發(fā)生肖特基勢壘降低效應(yīng)和勢壘隧穿效應(yīng)，這樣就會使得器件反向工作時的漏電流大大升高。GaN材料高的缺陷密度，也會升高器件反向工作時的漏電流。由于GaN材料高的擊穿雪崩擊穿電場，在器件的反向漏電流很高時也很難達(dá)到雪崩擊穿。這樣就會使得所設(shè)計GaN基二極管器件的反向額定電壓遠(yuǎn)低于材料發(fā)生雪崩擊穿時的耐壓。
[0005]然而，對于Si基高壓二極管材料，由于Si材料低的雪崩擊穿電場，當(dāng)反向電壓超過器件反向額定電壓時會發(fā)生雪崩擊穿。在實際電路中，當(dāng)電路不穩(wěn)定，使得器件反向工作電壓高于額定電壓達(dá)到雪崩擊穿電壓時，由于雪崩效應(yīng)使得器件上反向電壓固定。固定反向電壓下直線上升的反向漏電流，也會觸發(fā)電路中的保護裝置，從而保護整個電力電子系統(tǒng)。
[0006]對于GaN基肖特基二極管器件，當(dāng)反向電壓高于GaN基肖特基二極管的反向額定壓時，由于不會雪崩擊穿，反向電壓不能固定。在不穩(wěn)定的電路中，會發(fā)生反向電壓與反向漏電流同時上升的現(xiàn)象。而過高的反向電壓與反向漏電流不但會增加電路的功耗，而且會對功率器件自身以及電路產(chǎn)生破壞作用。在電路設(shè)計中，缺少了雪崩電流的反饋作用，也會增加反饋電路的設(shè)計難度。
[0007]因此，GaN基肖特基二極管的反向工作特性需要改進。
[0008]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]有鑒于此，本發(fā)明的目的旨在解決常規(guī)GaN基肖特基二極管在實際應(yīng)用中，反向工作時，當(dāng)反向電壓超過反向額定電壓時，不能固定反向電壓，不能形成雪崩電流反饋的問題。
[0010]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過使得GaN基肖特基二極管與Si基二極管并聯(lián)，當(dāng)反向電壓超過額定值時，通過Si基二極管的雪崩效應(yīng)，固定反向電壓，形成雪崩電流反饋，從而保護器件與電路。具體實施方法如下。
[0011]步驟一:選擇反向耐壓大于或者等于設(shè)計所需反向額定電壓的GaN基肖特基二極管。
[0012]步驟二:選擇反向額定電壓等于設(shè)計要求反向額定電壓的Si基二極管。
[0013]步驟三:將步驟一中所述的GaN基肖特基二極管陽極與步驟二中所述的Si基二極管或陽極相連，將步驟一中所述的GaN基肖特基二極管的陰極與將步驟一中所述的Si基二極管陰極相連。
[0014]其中步驟一所述的GaN基肖特基二極管器件，可以是GaN體材料肖特基二極管也可以是AlGaN/GaN HEMTs肖特基二極管。
[0015]其中，為了達(dá)到設(shè)計所需的正向額定電流與反向額定電壓的要求，步驟一中所述的GaN基肖特基二極管也可以是兩個或者兩個以上的GaN基二極管相互串聯(lián)或者并聯(lián)形成的模塊，其反向額定耐壓為整個模塊的反向額定電壓。
[0016]其中，當(dāng)單個Si基二極管不能達(dá)到設(shè)計要求反向額定電壓時，步驟二中所述的Si基二極管也可以是兩個或者兩個以上Si基二極管相互串聯(lián)的模塊，其反向額定電壓為整個模塊的反向額定電壓。
[0017]其中步驟二中所述的Si基二極管的結(jié)構(gòu)可以是各種結(jié)構(gòu)，如:肖特基結(jié)構(gòu)、PiN結(jié)構(gòu)等等。
[0018]其中步驟三種所述的GaN基二極管與Si基二極管的連接方法，可以是各種方法，如:封裝為DBC模塊、電路板焊接或者其他封裝形式。
[0019]本發(fā)明中應(yīng)用Si基二極管與GaN基肖特基二極管并聯(lián)，利用了 Si基二極管反向電壓超過額定電壓的雪崩擊穿效應(yīng)，固定反向電壓，形成雪崩電流反饋，從而保護了器件與電路。改進了 GaN基肖特基二極管的反向特性。增強了電路系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]附圖1是本發(fā)明實施實例中，將一個GaN基肖特基二極管與一個Si基二極管并聯(lián)的示意圖
附圖2是本發(fā)明實施實例中，將一個GaN基肖特基二極管與二個或兩個以上串聯(lián)的Si基二極管并聯(lián)的示意圖
附圖3是本發(fā)明實施實例中，將兩個或者兩個以上串聯(lián)GaN基肖特基二極管與一個Si基二極管并聯(lián)的示意圖
附圖4是本發(fā)明實施實例中，將兩個或者兩個以上并聯(lián)的GaN基肖特基二極管與一個Si基二極管并聯(lián)的示意圖
附圖5是本發(fā)明實施實例中，將兩個或者兩個以上并聯(lián)的GaN基肖特基二極管與兩個或者兩個以上串聯(lián)的Si基二極管并聯(lián)的示意圖。

【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明中應(yīng)用Si基二極管與GaN基二極管并聯(lián)，利用了 Si基二極管雪崩擊穿效應(yīng)，固定反向電壓，形成雪崩電流反饋，從而保護了器件與電路。改進了 GaN基肖特基二極管的反向特性。增強了電路系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。
[0022]為進一步說明本發(fā)明的特征和技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖通過具體實施例的描述，進一步詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、優(yōu)點和性能。
[0023]實施實例一:將兩個反向額定電壓相同GaN基肖特基二極管與Si基二極管并聯(lián)，如附圖1所示。
[0024]實施實例二:當(dāng)單個Si基二級管的反向額定電壓不能達(dá)到GaN基肖特基二極管的反向額定電壓時，串聯(lián)兩個或者兩個以上Si基二極管使其總的反向額定電壓與一個GaN基肖特基二極管的反向額定電壓相同，將串聯(lián)的Si基二極管與GaN基二極管并聯(lián)，如附圖2所示。
[0025]實施實例三:當(dāng)單個GaN基肖特基二極管不能達(dá)到設(shè)計要求的反向額定電壓時，串聯(lián)兩個或者兩個以GaN基肖特基二極管，使其總的反向額定電壓等于設(shè)計要求的反向額定電壓。選擇與串聯(lián)GaN基二極管總的反向額定電壓相同的Si基二極管，并將其與串聯(lián)的GaN基二極管并聯(lián)，如附圖3所示。
[0026]實施實例四:當(dāng)單個GaN基肖特基二極管不能達(dá)到設(shè)計要求的正向額定電流時，并聯(lián)兩個或者兩個以上GaN基肖特基二極管，使其總的額定電流達(dá)到設(shè)計要求的正向額定電流，選擇與并聯(lián)GaN基二極管相同反向額定電壓的Si基二極管，并將其與并聯(lián)的GaN基二極管并聯(lián)，如附圖4所示。
[0027]實施實例五:并聯(lián)兩個或者兩個以上GaN基肖特基二極管，串聯(lián)兩個或者兩個以上Si基二極管使其反向額定電壓與并聯(lián)GaN基肖特基二極管反向額定電壓相同，將串聯(lián)的Si基二極管其與并聯(lián)的GaN基二極管并聯(lián)，如附圖5所示。
[0028]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施實例做了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明不限于上述實施實例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管器件，包括反向耐壓大于或者等于設(shè)計所需反向額定電壓的GaN基肖特基二極管，反向額定電壓等于設(shè)計要求反向額定電壓的Si基二極管，所述的GaN基肖特基二極管陽極與步驟二中所述的Si基二極管或陽極相連，將所述的GaN基肖特基二極管的陰極與所述的Si基二極管陰極相連。
2.如權(quán)利要求1所述一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管器件，其特征在于，其中所述的GaN基肖特基_■極管器件，可以是GaN體材料肖特基_■極管也可以是AlGaN/GaNHEMTs肖特基二極管。
3.如權(quán)利要求1所述一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管器件，其特征在于，為了達(dá)到設(shè)計所需的正向額定電流與反向額定電壓的要求，所述的GaN基肖特基二極管也可以是兩個或者兩個以上的GaN基二極管相互串聯(lián)或者并聯(lián)形成的模塊，其反向額定耐壓為整個模塊的反向額定電壓。
4.如權(quán)利要求1所述一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管器件，其特征在于，當(dāng)單個Si基二極管不能達(dá)到設(shè)計要求反向額定電壓時，所述的Si基二極管也可以是兩個或者兩個以上Si基二極管相互串聯(lián)的模塊，其反向額定電壓為整個模塊的反向額定電壓。
5.如權(quán)利要求1所述一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管器件，其特征在于，所述的Si基_■極管的結(jié)構(gòu)可以是各種結(jié)構(gòu)，如:肖特基結(jié)構(gòu)、PiN結(jié)構(gòu)等等。
6.如權(quán)利要求1所述一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管器件，其特征在于，所述的GaN基二極管與Si基二極管的連接方法，可以是各種方法，如:封裝為DBC模塊、電路板焊接或者其他封裝形式。
【文檔編號】H01L29/872GK104362146SQ201410662021
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】何志, 謝剛 申請人:佛山芯光半導(dǎo)體有限公司