[發明專利]一種柵控雙極-場效應復合氮化鎵垂直雙擴散金屬氧化物半導體晶體管

有效

• 申請號: 201910750433.1
• 申請日: 2019-08-14
• 公開（公告）號: CN110534558B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 段寶興;智常樂;董自明;張一攀;楊銀堂
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/20;H01L29/41;H01L29/78
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

本發明公開一種柵控雙極?場效應復合氮化鎵垂直雙擴散金屬氧化物半導體晶體管。該器件通過采用基區與柵極相連的電極連接方式，代替傳統的氮化鎵VDMOS中基區與源極短接的電極連接方式。該器件工作在關態時，器件的耐壓特性與傳統的氮化鎵VDMOS的一致。該器件工作在開態時，由于柵極與基區相連，當在柵極接入柵壓時，基區也接入一定電壓，使得器件寄生的雙極型晶體管開啟，提供了一個新的導電通道；與此同時，器件的溝道同樣能正常開啟進行導電。該器件與傳統的氮化鎵VDMOS器件相比，在保證器件具有相同擊穿電壓的同時，大幅度提高了器件的導通電流，極大改善了氮化鎵晶體管的導通性能。

技術領域

本發明涉及半導體功率器件技術領域，具體涉及一種垂直雙擴散晶體管。

背景技術

垂直雙擴散金屬氧化物半導體器件(VDMOS)是一種重要的功率半導體器件，具有獨特的垂直導電雙擴散結構。該器件具有普通MOS器件與雙極晶體管共同的優點，與常規的雙極晶體管相比，它的開關速度與開關損耗小，頻率特性好，輸入阻抗高，驅動功率小，跨導高度線性。無論是開關應用還是線性應用，VDMOS都是較為理想的功率器件，并且它是一種更為標準化的產品，所需的設計因素不多，更突出其制造能力。而如何解決功率MOSFET的擊穿電壓與導通電阻的沖突一直是研究熱點。傳統的VDMOS采用的基區與源區之間短接的電極連接方式。在開啟狀態下，由于基區與源區短接，寄生的雙極型晶體管不會開啟，器件只能在正常開啟的溝道中導電。

相對于傳統的硅材料，氮化鎵材料具有禁帶寬度大、電子漂移飽和速度高、介電常數小、導電性能好、擊穿電壓高、熱導率大等特點，適用于制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件，在軍事和民工等發面都有著廣泛的前景，在制備寬波譜、高功率、高效率的微電子、電力電子、光電子等器件方面處于領先地位。

傳統的VDMOS沒有對寄生的雙極型晶體管給予足夠的重視，采用基區與源區之間短接的電極連接方式。在開啟狀態下，由于基區與源區短接，寄生的雙極型晶體管不會開啟，器件只能在正常開啟的溝道中導電。

發明內容

本發明提出了一種柵控雙極-場效應復合氮化鎵垂直雙擴散金屬氧化物半導體晶體管，旨在滿足耐壓要求的前提下進一步有效增加器件導通電流(降低器件導通電阻)。

本發明的技術方案如下：

一種柵控雙極-場效應復合氮化鎵垂直雙擴散金屬氧化物半導體晶體管，包括：

氮化鎵襯底；

在所述氮化鎵襯底上外延生成的漂移區；

在所述漂移區上部兩側分別形成的兩處基區；

在兩處基區之間刻蝕形成的槽型柵窗口；

在所述槽型柵窗口依次淀積形成的非故意摻雜氮化鎵層、氧化鋁氧化層；

在所述氧化鋁氧化層的凹槽內加入的多晶硅柵極；

所述非故意摻雜氮化鎵層的上部向兩側分別延伸覆蓋部分基區；在對應于所述部分基區的非故意摻雜氮化鎵層表面形成源區；兩處源區分別與所述Al₂O₃氧化層的上部兩側外壁鄰接；

所述源區上生成源極；

所述氮化鎵襯底底部生成漏極；

所述基區上生成基極；基極與柵極電連接，滿足：柵極接入電壓時，基區獲得的電壓使得器件寄生的雙極型晶體管開啟。

基于以上方案，本發明還進一步作了如下優化：

基極與柵極之間的連接材料可以是導體材料，使得柵極接入電壓時基極與柵極電位一致。導體材料優選銅或鋁。