[發(fā)明專(zhuān)利]一種雙異質(zhì)結(jié)GaN RC-HEMT器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210377549.7
• 申請(qǐng)日: 2022-04-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114613856B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏杰;賈艷江;孫濤;郗路凡;鄧思宇;趙智家;張成;廖德尊;羅小蓉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/778
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/778
• 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)明屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙異質(zhì)結(jié)GaN?RC?HEMT器件。本發(fā)明的主要特征在于：在HEMT柵極結(jié)構(gòu)和漏極之間的勢(shì)壘層(4)表面有頂部GaN層(9)，GaN溝道層(3)、勢(shì)壘層(4)和頂部GaN層(9)形成雙異質(zhì)結(jié)，且在所述柵極結(jié)構(gòu)與頂部GaN層(9)之間的勢(shì)壘層(4)之上集成了肖特基續(xù)流二極管結(jié)構(gòu)，用于HEMT器件反向續(xù)流。RC?HEMT反向續(xù)流時(shí)，集成肖特基二極管借助2DEG形成電流路徑，續(xù)流壓降低；RC?HEMT正向?qū)〞r(shí)，集成肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)處于關(guān)斷狀態(tài)，利用二維電子氣(2DEG)傳輸電流，具有較低的導(dǎo)通電阻；RC?HEMT正向阻斷時(shí)，GaN溝道層(3)/勢(shì)壘層(4)和勢(shì)壘層(4)/頂部GaN層(9)形成極化結(jié)改善電場(chǎng)集中效應(yīng)，調(diào)制器件漂移區(qū)電場(chǎng)，提高器件擊穿電壓。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種雙異質(zhì)結(jié)GaN?RC-HEMT器件。

背景技術(shù)

第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料GaN具有臨界擊穿電場(chǎng)大、電子遷移率高、飽和速度快、耐高溫等優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于高頻功率放大器與高壓功率開(kāi)關(guān)等場(chǎng)合，有效地提高了功率電子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。對(duì)于GaN?HEMT器件應(yīng)用而言，還面臨著諸多挑戰(zhàn)：一方面，在許多電子電力系統(tǒng)的電路拓?fù)渲?，例如橋式電路拓?fù)浜蚅LC諧振電路拓?fù)?，GaN器件不可避免地工作在反向?qū)顟B(tài)。然而，常規(guī)GaN?HEMT缺少體二極管，HEMT的反向?qū)妷号c器件閾值電壓耦合導(dǎo)致反向?qū)妷狠^高，這會(huì)帶來(lái)更高的能量損失和更低的效率，阻礙了GaNHEMT功率器件發(fā)展。另一方面，由于柵極靠近漏極邊緣的電場(chǎng)集中效應(yīng)、柵極泄漏電流、襯底泄漏電流過(guò)大等原因?qū)е缕骷崆皳舸淠蛪哼h(yuǎn)未達(dá)到GaN材料的理論極限，限制著GaN?HEMT器件的大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種雙異質(zhì)結(jié)GaN?RC-HEMT器件。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種雙異質(zhì)結(jié)GaN?RC-HEMT器件，包括沿器件垂直方向自下而上依次層疊設(shè)置的襯底層1、GaN緩沖層2、GaN溝道層3和勢(shì)壘層4；所述勢(shì)壘層4上表面沿橫向方向上依次分布第一導(dǎo)電材料5、柵極結(jié)構(gòu)、第二導(dǎo)電材料10，且三者彼此有間距；所述第一導(dǎo)電材料5沿垂直方向向下延伸入勢(shì)壘層4中，且和勢(shì)壘層4的接觸為歐姆接觸，其引出端為源電極；所述第二導(dǎo)電材料10沿垂直方向向下延伸入勢(shì)壘層4中，且和勢(shì)壘層4的接觸為歐姆接觸，其引出端為漏電極；

其特征在于，在所述柵極結(jié)構(gòu)和漏極之間的勢(shì)壘層4表面有頂部GaN層9，GaN溝道層3、勢(shì)壘層4和頂部GaN層9形成雙異質(zhì)結(jié)，柵極結(jié)構(gòu)、頂部GaN層9及漏極三者之間均有間距，且在所述柵極結(jié)構(gòu)與頂部GaN層9之間的勢(shì)壘層4之上集成了肖特基續(xù)流二極管結(jié)構(gòu)，用于HEMT器件反向續(xù)流；所述肖特基續(xù)流二極管結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極由第三導(dǎo)電材料8引出構(gòu)成；所述第三導(dǎo)電材料8沿垂直方向向下延伸入位于柵極結(jié)構(gòu)與頂部GaN層9之間的勢(shì)壘層4中，與勢(shì)壘層4的接觸為肖特基接觸，且向漏極方向延伸到頂部GaN層9上，且和頂部GaN層9的接觸為歐姆接觸；所述第三導(dǎo)電材料8與源電極短接，所述肖特基續(xù)流二極管的陰極為RC-HEMT的漏極；所述的GaN溝道層3/勢(shì)壘層4/頂部GaN層9雙異質(zhì)結(jié)界面分別產(chǎn)生二維電子氣(2DEG)和二維空穴氣(2DHG)；

進(jìn)一步的，所述柵極結(jié)構(gòu)由位于勢(shì)壘層4之上的P型GaN層6及位于P型GaN層6之上的第四導(dǎo)電材料7構(gòu)成，且第四導(dǎo)電材料7和P型GaN層6的接觸為肖特基接觸；第四導(dǎo)電材料7引出端為柵電極；

進(jìn)一步的，所述柵極結(jié)構(gòu)為MIS槽柵結(jié)構(gòu)，所述MIS槽柵結(jié)構(gòu)自勢(shì)壘層4表面沿垂直方向向下嵌入勢(shì)壘層4中，MIS槽柵結(jié)構(gòu)的底部和側(cè)壁為絕緣柵介質(zhì)61，絕緣柵介質(zhì)61表面覆蓋第四導(dǎo)電材料7，第四導(dǎo)電材料7引出端為柵電極；

進(jìn)一步的，在器件橫向方向上，MIS槽柵結(jié)構(gòu)的絕緣柵介質(zhì)61和第四導(dǎo)電材料7向槽兩側(cè)表面延伸，形成柵極場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，且與第一導(dǎo)電材料5、第三導(dǎo)電材料8之間均有間距；