[發明專利]一種集成肖特基管的GaN功率器件

有效

• 申請號: 202110907784.6
• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113611742B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 羅小蓉;賈艷江;張成;鄧思宇;孫濤;楊可萌;魏杰;廖德尊;郗路凡;趙智家
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明屬于功率半導體技術領域，涉及一種集成肖特基管的GaN功率器件。在正向導通時，集成肖特基管處于關斷狀態；在反向續流時，集成肖特基管導通，具有低的導通壓降及快的反向恢復特性，同時減少了器件面積；P型GaN柵極耗盡柵下二維電子氣，結合具有孔隙的P型高摻雜GaN阻擋層，實現增強型垂直器件；P型高摻雜GaN阻擋層調制電場分布，實現高耐壓；三柵結構可以提供更強的柵控能力，提高器件開關速度。

技術領域

本發明屬于功率半導體技術領域，具體是指一種集成肖特基管的GaN功率器件。

背景技術

由于GaN材料具有寬帶隙、高電子飽和速度、高電子遷移率和高臨界擊穿電場等優越特性，GaN器件能夠在高溫、高壓和高頻下高效地工作。相較于橫向GaN?HEMT(High-electron-mobility?transistor)器件，垂直GaN器件的電場峰值遠離器件表面，擊穿電壓主要取決于漂移層的厚度，并且對陷阱和表面態的敏感性較低，因此垂直GaN器件更適合高功率應用。

在許多功率開關應用中需要器件具有低損耗的反向傳導能力來為感性負載提供續流路徑。由于垂直GaN器件體二極管導通壓降較大，會造成較大的功率損耗，通常通過采用功率晶體管與續流二極管反向并聯來實現低損耗的反向傳導。但這種方式不僅增加了成本和芯片面積，還引入了額外的寄生電感和電容。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種集成肖特基管的GaN功率器件。

本發明的技術方案為：

一種集成肖特基管的GaN功率器件，包括沿器件垂直方向自下而上依次層疊設置的第一導電材料1、N型高摻雜GaN層2、GaN緩沖層3、勢壘層4以及鈍化層5；所述GaN緩沖層3中插入具有孔隙的P型高摻雜GaN阻擋層7，所述間斷的P型高摻雜GaN阻擋層7沿器件橫向方向對稱分布；沿器件橫向方向，器件中央包括柵極結構和肖特基陽極凹槽結構，二者沿器件縱向方向并列排布，第二導電材料6對稱分布于器件兩側，且第二導電材料6和所述兩結構之間有間距；

縱向方向是垂直于橫向方向和垂直方向的第三維度方向；

第一導電材料1下表面引出漏極；

第二導電材料6自上而下貫穿鈍化層5并與勢壘層4相接觸，接觸類型為歐姆接觸，所述第二導電材料6上表面引出源極；

其特征在于：

所述肖特基陽極凹槽結構由介質材料8和第三導電材料9組成，自上而下依次貫穿鈍化層5、勢壘層4并與GaN緩沖層3接觸，且位于P型高摻雜GaN阻擋層7孔隙正上方，凹槽寬度大于P型高摻雜GaN阻擋層7孔隙寬度；所述介質材料8位于槽底部和側壁；所述第三導電材料9鑲嵌于槽底部的介質材料8之中，且底部與GaN緩沖層3接觸，接觸類型為肖特基接觸，所述第三導電材料9上表面引出肖特基二極管陽極，與源極短接；

所述柵極結構包含P型GaN層10、介質材料12和第四導電材料11，P型GaN層10貫穿鈍化層5并與勢壘層4相接觸，介質材料12覆蓋于P型GaN層10的頂部和半導體沿縱向方向的前后兩側壁；所述第四導電材料11覆蓋于介質材料12之上；

第四導電材料11上表面引出柵極。

本發明的有益效果為，通過在縱向方向集成肖特基二極管實現反向續流，相較于外部反向并聯續流二極管的方式節省了面積并減小了寄生參數；P型高摻雜GaN阻擋層輔助耗盡漂移區，優化電場分布，進而提高器件耐壓；具有孔隙的P型高摻雜GaN阻擋層使得二維電子氣(2DEG)只能從孔隙通過形成垂直電流，結合P型GaN柵極耗盡柵下2DEG，實現增強型垂直器件；三柵結構可以提供更強的柵控能力，提高器件開關速度。

附圖說明

圖1為實施例1的結構示意圖；

圖2為實施例1沿AA’的截面剖面圖；