[发明专利]绝缘栅型栅-漏复合场板功率器件

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体器件，特别是基于宽禁带化合物半导体材料异质结结构的绝缘栅型栅-漏复合场板功率器件，可作为功率系统的基本器件。

技术背景

当今世界，功率半导体器件如功率整流器和功率开关已广泛应用于开关电源、汽车电子、工业控制、无线电通讯、电机控制等众多功率领域。功率半导体器件必须具备以下两个重要的参数指标，即高击穿电压和低导通电阻。Baliga优值特性反映了在功率半导体器件中存在击穿电压与导通电阻之间的折衷关系，为了满足高击穿电压和低导通电阻的需要，人们在新型材料研制、新型器件结构设计等方面不断进行探索。硅材料是人们用于制作功率半导体器件最常用的一种材料，然而随着科技的发展，硅基的功率半导体器件已经接近其理论上的极限性能。

为了进一步提高功率半导体器件的性能，人们采用了宽禁带化合物半导体材料代替传统的硅材料，这类材料，如氮化镓(GaN)等，往往具有较大的禁带宽度、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和速率等，因此在高频、高温、大功率等领域显示出极大的优越性，而采用这类宽禁带化合物半导体材料制作功率半导体器件，既可以确保器件的导通电阻进一步减小，又可以确保器件的击穿电压进一步得到提高，尤其是采用宽禁带化合物半导体材料异质结结构，如AlGaN和GaN形成的异质结结构，制作的高电子迁移率晶体管，更以其优越的器件性能和巨大的发展潜力而倍受全世界众多研究者的关注。1980年，Mimura等人报道成功研制出了第一只AlGaAs/GaAs异质结场效应晶体管，也是一种高电子迁移率晶体管，参见A new field-effect transistor with selectively dopedGaAs/n-Al_XGa_1-XAs heterostructures，Japanese Journal of Applied Physics，Vol.19，No.5，pp.L225-L227，May 1980。1993年，Khan等人报道成功研制出了第一只AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管，参见High electron mobility transistor based on a GaN-Al_XGa_1-XNheterojunction，Applied Physics Letters，Vol.63，No.9，pp.1214-1215，August 1993。随着对器件研究的深入，人们对基于宽禁带化合物半导体材料异质结的高电子迁移率晶体管的研究不断地取得突破。然而，功率系统所使用的高电子迁移率晶体管在工作时，势垒层耗尽区中的电场线的分布并不均匀，栅极靠近漏极一侧的边缘往往收集大部分的电场线，因此该处的电场相当高。此处的高电场会使得栅极泄漏电流增大，容易导致器件发生雪崩击穿，使其实际击穿电压偏小，从而导致该类器件的高击穿电压和大功率等优势不能充分发挥。另外，器件的栅极泄露电流增大会导致其可靠性变差。