[發(fā)明專(zhuān)利]一種逆阻型氮化鎵高電子遷移率晶體管

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110868565.1
• 申請(qǐng)日: 2021-07-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113594247A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫瑞澤;羅攀;王方洲;劉超;陳萬(wàn)軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué);電子科技大學(xué)廣東電子信息工程研究院
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/778
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/778;H01L29/06
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種逆阻型氮化鎵高電子遷移率晶體管。本發(fā)明包括從下至上設(shè)置的：襯底、成核層、緩沖層、勢(shì)壘層，介質(zhì)層，緩沖層和勢(shì)壘層形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，在材料極化效應(yīng)下形成二維電子氣溝道，勢(shì)壘層上設(shè)有至少兩個(gè)pGaN結(jié)構(gòu)，其中第一pGaN結(jié)構(gòu)為柵pGaN結(jié)構(gòu)，上表面與柵極金屬相連，其余pGaN依次間隔的設(shè)置在勢(shì)壘層上，被介質(zhì)層隔離開(kāi)來(lái)。勢(shì)壘層一端設(shè)置有源極金屬，形成歐姆接觸，另一端設(shè)置有漏極金屬，形成歐姆接觸，漏極金屬與除第一pGaN結(jié)構(gòu)的其余pGaN結(jié)構(gòu)相連。正向?qū)〞r(shí)，與漏極金屬相連的pGaN間隔下的二維電子氣導(dǎo)電，器件開(kāi)啟電壓小；反向阻斷時(shí)，間隔處的二維電子氣在反向偏置下迅速耗盡，形成耗盡區(qū)，提高器件阻斷能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種逆阻型氮化鎵高電子遷移率晶體管。

背景技術(shù)

在電力電子系統(tǒng)，有AC-DC-AC變換和AC-AC轉(zhuǎn)換兩種電力轉(zhuǎn)換方式，但AC-AC轉(zhuǎn)換器具有體積小、重量低、轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)設(shè)備和家用電器中都應(yīng)用廣泛。而逆阻型功率器件是AC-AC功率轉(zhuǎn)換器的核心器件。

隨著社會(huì)和科技的發(fā)展，各行業(yè)對(duì)電源轉(zhuǎn)換效率、體積、散熱、穩(wěn)定性等各方面都提出了更加嚴(yán)格的要求，而氮化鎵GaN相比于傳統(tǒng)硅(Si)具有低相對(duì)介電常數(shù)、高臨界擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率等材料特性，更能滿足行業(yè)需求。因此對(duì)GaN材料的逆阻器件的研究具有較為重要的意義。

GaN基肖特基漏極結(jié)構(gòu)的逆阻型高電子遷移率晶體管想要具有較強(qiáng)的反向阻斷能力，必須要高的漏極肖特基勢(shì)壘，這種結(jié)構(gòu)不僅會(huì)導(dǎo)致反向漏電流較大，同時(shí)正向開(kāi)啟電壓也較高。而直接采用類(lèi)似于GaN基增強(qiáng)型柵極結(jié)構(gòu)，用pGaN或凹槽MIS結(jié)構(gòu)做為具有反向阻斷漏極，雖然能夠具有較高的反向阻斷電壓，和較小的反向漏電流，但又會(huì)導(dǎo)致開(kāi)啟電壓過(guò)大。因此目前，基于GaN基的逆阻器件多采用在漏極前設(shè)置一個(gè)pGaN結(jié)構(gòu)或者凹槽MIS結(jié)構(gòu)，與肖特基接觸形成混合漏極來(lái)提高耐壓，以同時(shí)實(shí)現(xiàn)較低的正向開(kāi)啟電壓和較高的反向擊穿電壓；但是上述結(jié)構(gòu)為了形成合適的正向開(kāi)啟電壓，凹槽MIS與肖特基形成的混合漏極GaN基逆阻型器件需要刻蝕減薄勢(shì)壘層，而pGaN結(jié)構(gòu)和肖特基共同組成混合漏極結(jié)構(gòu)則需要對(duì)漏極 pGaN進(jìn)行單獨(dú)進(jìn)行減薄刻蝕；上述兩種方法存在以下問(wèn)題：

1、由于pGaN層和勢(shì)壘層都較薄，單獨(dú)減薄工藝相對(duì)復(fù)雜，同時(shí)還要精確控制減薄后的勢(shì)壘層或pGaN層的厚度，加工制造難度較大。

2、現(xiàn)有pGaN肖特基混合漏極結(jié)構(gòu)需要對(duì)pGaN層進(jìn)行兩次刻蝕，分別是在形成柵極pGaN時(shí)形成漏極一側(cè)pGaN和對(duì)漏極一側(cè)pGaN進(jìn)行二次減薄，參見(jiàn)圖1、圖2(a)，由于對(duì)準(zhǔn)偏差很難將pGaN完全刻蝕，參見(jiàn)圖2(b)和圖2(c)，將會(huì)導(dǎo)致實(shí)際制備的器件正向開(kāi)啟電壓大于設(shè)計(jì)仿真中的電壓。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的是，現(xiàn)有混合漏極GaN基逆阻型高電子遷移率晶體管，參見(jiàn)圖1，其混合漏極工藝步驟復(fù)雜，減薄厚度需要精確控制，且存在多次刻蝕減薄的對(duì)準(zhǔn)誤差問(wèn)題，參見(jiàn)圖2；而單純的肖特基或pGaN整流結(jié)構(gòu)的漏極又存在反向阻斷能力弱或開(kāi)啟電壓高的問(wèn)題；針對(duì)上述問(wèn)題提出了一種具有間隔pGaN和肖特基共同形成混合漏極阻型氮化鎵高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有GaN基pGaN增強(qiáng)型高電子遷移率晶體管工藝兼容，在不增加工藝步驟和制造難度的基礎(chǔ)上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)逆阻型GaN基高電子遷移率晶體管的高反向阻斷能力，和低正向開(kāi)啟電壓。本發(fā)明所提出結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

1、反向阻斷能力強(qiáng)，正向開(kāi)啟電壓低。

2、工藝簡(jiǎn)單，間隔pGaN結(jié)構(gòu)與柵pGaN結(jié)構(gòu)同步形成。

3、可行性高，避免了傳統(tǒng)pGaN或凹槽MIS混合漏極結(jié)構(gòu)對(duì)pGaN層或勢(shì)壘層的刻蝕減薄，而勢(shì)壘層和pGaN層的刻蝕減薄涉及到精確控制刻蝕厚度、刻蝕損傷、光刻對(duì)準(zhǔn)等多種問(wèn)題。

尤其適用高功率雙向開(kāi)關(guān)的制備。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：