[發明專利]一種氧化鎵絕緣柵雙極型晶體管功率器件

在審

• 申請號: 202211238317.X
• 申請日: 2022-10-11
• 公開（公告）號: CN115548109A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 孔謀夫;高佳成;程澤俞
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/267
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發明屬于半導體技術領域，具體提供一種氧化鎵絕緣柵雙極型晶體管功率器件，包括縱向器件與橫向器件；本發明采用氧化鎳或氧化銅或diamond作為P型區，并與N型氧化鎵形成異質結結構，在器件工作過程中高電位端一側的異質結正偏開啟，此時大量的空穴向N型氧化鎵漂移區中注入，在漂移區中引入電導調制效應，獲得高的電流密度和低的導通壓降，實現了IGBT器件的基本工作原理；同時，橫向IGBT中引入P型氧化鎳或diamond與N型氧化鎵形成超結結構耐壓的漂移區，在相同的漂移區長度下獲得更高的耐壓，提升器件的性能。綜上，本發明基于異質結的原理，首次提出氧化鎵IGBT的概念，為氧化鎵高壓大電流功率器件的研究提供了新的思路。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體提供新型結構的氧化鎵(Ga₂O₃)絕緣柵雙極型晶體管功率器件，包括縱向器件與橫向器件。

背景技術

氧化鎵作為一種第四代半導體材料，其超寬的禁帶(～4.8eV)比第三代半導體材料碳化硅的禁帶寬度(～3.3eV)更大，能夠在更加苛刻的工作環境下、例如高壓和輻照等極端環境下擁有更穩定的性能；并且氧化鎵材料的理論臨界擊穿電場為～8MV/cm，遠高于碳化硅的～3MV/cm，所以氧化鎵可以在超高壓中使用，在相同耐壓等級的兩種器件中氧化鎵器件擁有比碳化硅器件低得多的導通電阻，大大減小了器件的功耗；另外，由于氧化鎵材料的特殊光電效應，氧化鎵器件還應用在藍光和紫外光等設備當中。因此，氧化鎵器件受到了研究人員的重點關注。

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)具有易驅動，導通壓降低，電流密度大等諸多優點，在硅基功率器件中被廣泛采用；但截止目前，由于氧化鎵中還沒有有效的p型摻雜，制作絕緣柵雙極型器件仍然存在較大的挑戰。

發明內容

本發明的目的在于針對氧化鎵功率器件領域內絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的空白，提供一種氧化鎵絕緣柵雙極型晶體管功率器件；本發明基于異質結的原理，首次提出氧化鎵IGBT的概念，為氧化鎵高壓大電流功率器件的研究提供了新的思路。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種縱向氧化鎵絕緣柵雙極型晶體管功率器件，包括：

N型氧化鎵漂移區1-1，設置于N型氧化鎵漂移區1-1下的N型氧化鎵緩沖層1-8，設置于N型氧化鎵緩沖層下的重摻雜P型氧化鎳襯底1-9，設置于重摻雜P型氧化鎳襯底下的金屬化集電極1-10；重摻雜P型氧化鎳襯底1-9與N型氧化鎵緩沖層1-8形成異質結結構、與金屬化集電極1-10形成歐姆接觸；

N型氧化鎵漂移區1-1表面對稱開設兩個凹槽、且位于兩側，凹槽的槽壁設置氧化層1-5，凹槽內填充重摻雜P型氧化鎳區1-2，重摻雜P型氧化鎳區上設置金屬化柵極1-7；位于兩個凹槽之間的N型氧化鎵漂移區中對稱設置有兩個重摻雜N型氧化鎵區1-3、且緊鄰凹槽，N型氧化鎵漂移區1-1上還設置有重摻雜P型氧化鎳區1-4、且位于兩個重摻雜N型氧化鎵區之間，兩個重摻雜N型氧化鎵區1-3與重摻雜P型氧化鎳區1-4上共同設置金屬化發射極1-6、且形成歐姆接觸；重摻雜P型氧化鎳區1-4與N型氧化鎵漂移區1-1形成異質結結構。

進一步的，所述重摻雜P型氧化鎳襯底1-9替換為氧化銅襯底，氧化銅襯底與N型氧化鎵緩沖層形成異質結結構。

進一步的，所述重摻雜P型氧化鎳區1-2替換為diamond區或金屬區，diamond區或金屬區上設置金屬化柵極1-7。

進一步的，所述重摻雜P型氧化鎳區1-4替換為氧化銅區，氧化銅區與N型氧化鎵漂移區1-1形成異質結結構。

一種橫向氧化鎵絕緣柵雙極型晶體管功率器件，包括：

N型氧化鎵漂移區2-1，設置于N型氧化鎵漂移區1-1下的非故意摻雜或未摻雜緩沖層2-9，設置于非故意摻雜或未摻雜緩沖層下的半絕緣或高純凈氧化鎵襯底2-10；