[发明专利]可恢复性能的氮化镓元件

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体器件领域，特别涉及一种具有性能可恢复特性的氮化镓（GaN）元件及制造方法。

背景技术

基于硅材料的功率半导体器件经过多年发展，器件的性能已经趋近硅材料的理论极限。目前功率半导体器件正进入以氮化镓代表的第三代宽禁带半导体时代。在降低器件自身的电力损耗、提高开关频率和器件耐热性能等方面，与硅基功率半导体器件相比，氮化镓基功率半导体器件（氮化镓器件）均具有非常大的优势。

氮化镓器件100的典型结构如图1所示，在衬底材料101表面沉积过渡层102，在过渡层102表面沉积氮化镓层103，氮化镓层103表面沉积铝镓氮层104。在铝镓氮（AlGaN）104和氮化镓（GaN）103之间，由于压电效应和自发极化，形成一层二维电子气108。在AlGaN的表面沉积金属并进行高温退火，形成源极105、栅极106和漏极107。当漏极上施加相对源极固定的电压时，通过调节栅极相对于源极的电压，可以控制二维电子气层108的电子浓度，从而控制晶体管的导通状态。

在氮化镓器件100中的不同位置存在电荷俘获中心：在铝镓氮层104表面的电荷俘获中心T1，在铝镓氮层104中的电荷俘获中心T2，在氮化镓层103中的电荷俘获中心T3，在衬底材料101中的电荷俘获中心T4。当电子被电荷俘获中心捕获后，将对二维电子气层108中的传导电子的运动产生影响，从而造成器件性能的降低。对于能级较浅的电荷俘获中心，电子从中自发逃逸的平均时间较短（微秒量级），对器件性能影响时间较短；对于某些能级较深的电荷俘获中心，电子从中逃逸的平均时间会长达数小时甚至数天，对器件性能影响时间极长。

为了降低被俘获电子对二维电子气层108中的传导电子的影响，保持器件的工作性能，需要减少电荷俘获中心的数目，或者通过技术手段使被俘获电子从能级较深的电荷俘获中心快速逃逸出来。

在现有技术中，通过在氮化镓器件100的中铝镓氮层104的表面沉积一绝缘体钝化层109，可以在一定程度上降低电荷俘获中心T1的数目。对于降低电荷俘获中心T2、T3和T4的数目尚无有效方法。

以上所述氮化镓器件100可以包含氮化镓场效应晶体管、氮化镓二极管或者氮化镓集成电路在内的一个或者多个器件。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有可恢复性能特性的新型的氮化镓元件，技术方案如下：

一种氮化镓元件，包括氮化镓器件、与氮化镓器件相连接的封装外壳，以及与氮化镓器件表面相对的一个发光单元。

进一步，所述氮化镓器件是包含氮化镓场效应晶体管、氮化镓二极管以及氮化镓集成电路在内的一个或者多个器件。

进一步，所述封装外壳上包含一个或者多个金属引脚，在封装外壳内部与氮化镓器件表面的电极相连。

进一步，所述氮化镓器件与封装外壳的连接方式为金属引线连接或者直接连接。

进一步，所述封装外壳上包含0个或者1个散热装置。

进一步，所述发光单元固定于封装外壳之上，并且发光面与氮化镓器件的表面相对。

进一步，所述发光单元所发光线的波长范围在300nm至800nm之间。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：当电子被电荷俘获中心捕获之后，可以通过对氮化镓器件表面进行照明，使被俘获电子获得较高的能量，从而从电荷俘获中心逃逸，降低对传导电子运动的影响。与进行照明之前相比，氮化镓器件的性能得以恢复。

附图说明

图1是现有氮化镓场效应晶体管的结构示意图；

图2是现有技术中氮化镓元件的第一个实施例的结构示意图；

图3是现有技术中氮化镓元件的第二个实施例的结构示意图； 

图4是通过照明使电子从电荷俘获中心逃逸的工作原理示意图；

图5是本发明所提供的第一实施例的氮化镓元件的结构示意图；

图6是本发明所提供的第二实施例的氮化镓元件的结构示意图；

图7是本发明所提供的第三实施例的氮化镓元件的结构示意图；

图8是本发明所提供的第四实施例的氮化镓元件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图2是现有技术中氮化镓元件的第一实施例结构示意图。