[發明專利]一種低導通電阻的異質結半導體器件

在審

• 申請號: 201811585004.5
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN111354777A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 劉斯揚;張弛;肖魁;孫貴鵬;王德進;魏家行;盧麗;孫偉鋒;陸生禮
• 申請（專利權）人: 東南大學;無錫華潤上華科技有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/10;H01L29/778
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

本發明涉及一種低導通電阻的異質結半導體器件，包括：金屬漏電極，襯底，緩沖層，緩沖層內設有電流阻擋層，在緩沖層上設有柵極結構，所述柵極結構包括金屬柵電極，GaN柱，AlGaN層，所述金屬柵電極上方設有金屬源電極，所述電流阻擋層包括多級電流阻擋層且各層的對稱中心共線，各級電流阻擋層環形內口自上而下逐級減小，有效限制了峰值電場并使其遠離溝道，保證了器件耐壓能力，同時減少了電流損失，AlGaN層和GaN柱在緩沖層上方呈蜂窩狀分布，產生多段溝道電流，有效提高了電流能力，使得器件在導通時獲得更高的開態電流，從而降低了器件的導通電阻。

技術領域

本發明主要涉及高壓功率半導體器件領域，具體來說，是一種低導通電阻的異質結半導體器件。

背景技術

氮化鎵(GaN)作為第三代寬禁帶半導體代表具有良好電學特性，包括較高的反向耐壓能力、較高的二維電子氣濃度、較高的高溫工作能力、較低的正向導通電阻、較高的開關頻率以及較高的功率密度等優點。異質結半導體是基于兩種禁帶寬度不同的半導體材料接觸形成異質結，電子會從寬禁帶的半導體流向窄禁帶的半導體中，從而在半導體截面的窄禁帶半導體一側形成量子阱，由于其中電子受到寬禁帶半導體中雜質庫侖散射的影響較小，所以具有較高的電子遷移率?；贏lGaN/GaN異質結半導體在半導體領域已經取得了廣泛的應用。

垂直異質結半導體器件相比于橫向異質結半導體器件的優點在于垂直異質結半導體器件可以通過緩沖層來承受耐壓，但是橫向異質結半導體器件主要是依靠金屬柵電極與金屬漏電極之間的有源區來承受耐壓，在相同耐壓能力下，垂直異質結半導體器件比橫向異質結半導體器件所占用的橫向面積小，這加快推進了異質結半導體器件在小型化和集成化方向上的發展。但是垂直異質結半導體器件無法同橫向異質結半導體器件一樣直接通過高遷移率的二維電子氣直接實現源極漏極之間的電流導通，電流必須流經緩沖層，這就大大增加了器件的導通電阻，但是提高緩沖層的濃度又會帶來器件承受耐壓能力下降的問題，所以垂直異質結半導體器件的主要問題在于存在較大的導通電阻。

因此解決垂直異質結半導體器件的導通電阻問題是一個十分關鍵問題，常規的垂直GaN異質結半導體器件如圖1所示，其器件結構主要包括金屬漏電極1、襯底2、GaN緩沖層3、GaN柱5、AlGaN層6、電流阻擋層4、金屬源電極8、金屬柵電極10以及鈍化層11，器件導通情況下，電流必須流經緩沖層3。常規的垂直異質結半導體器件存在明顯的耐壓與導通電阻的矛盾。

發明內容

本發明就是針對上述問題，提出一種低導通電阻的異質結半導體器件，有效提高了器件正向導通能力，減少了器件的導通電阻，同時可以維持較高的器件反向耐壓值。

本發明采用如下技術方案：

一種低導通電阻的異質結半導體器件，包括：金屬漏電極，在金屬漏電極上設有襯底，在襯底上設有緩沖層，在緩沖層內設有電流阻擋層，在電流阻擋層上設有柵極結構，所述柵極結構包括金屬柵電極，所述金屬柵電極上方設有金屬源電極，在金屬柵電極與金屬源電極之間設有第一鈍化層，在金屬柵電極和所述緩沖層之間設有第二鈍化層，其特征在于，所述電流阻擋層包括由上向下順序排列的第一級環形電流阻擋層、第二級環形電流阻擋層和第三級環形電流阻擋層且各層的對稱中心共線，第一級環形電流阻擋層的環形內口大于第二級環形電流阻擋層的環形內口，第二級環形電流阻擋層的環形內口大于第三級環形電流阻擋層的環形內口，呈現逐級縮小的趨勢。

優選的，所述柵極結構包括立于緩沖層上表面上的GaN柱，在GaN柱側表面包裹有AlGaN層，并由相接觸的GaN柱和AlGaN層的界面處形成垂直溝道，所述金屬柵電極位于AlGaN層(的外側，所述金屬源電極位于GaN柱和AlGaN層的上表面上，金屬源電極與AlGaN層之間形成肖特基接觸。

優選的，所述電流阻擋層還包括第四級環形電流阻擋層且第四級環形電流阻擋層對稱中心與第三級環形電流阻擋層的對稱中心共線，所述第四級環形電流阻擋層的環形內口小于所述第三級環形電流阻擋層的環形內口。