[发明专利]一种兼具反向导通的异质结构场效应晶体管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种兼具反向导通的异质结构场效应晶体管及其制作方法。

背景技术

随着微电子技术的发展，传统Si和GaAs半导体器件性能已接近其材料本身决定的理论极限。GaN与Si相比，具有宽禁带宽度、高临界击穿电场（高达3MV/cm）、高的饱和电子漂移速度和良好的热导率等优越的性能，更加适合制作高功率大容量、高开关速度的功率开关器件，成为下一代功率开关器件的理想材料。

GaN材料具有较强的极化效应，极化方向上生长的AlGaN/GaN异质结的界面由于极化效应形成高浓度和高电子迁移率的二维电子气（2DEG），使得AlGaN/GaN异质结构场效应晶体管（HFETs）具有极低的导通电阻，非常适合制作功率开关器件。由于GaN属于宽禁带半导体，其工作温度可达500℃以上。因此GaN器件有比较广的应用环境。在世界各国研究计划的启动和推动下，GaN等宽禁带半导体材料和器件的研制获得了飞速的发展，国际上多家半导体厂商相继推出高功率、高频、高温的宽禁带半导体产品，其应用领域正不断扩展。

目前，基于GaN的功率开关器件主要包括A1GaN／GaN HFET(HFET)、GaN MOSFET和MIS—HFET等结构。其中，AIGaN／GaN HFET具有工艺简单、技术成熟、优良的正向导通特性和高的工作频率等优点，成为GaN功率开关器件中最受关注的器件结构。如图1所示，是现有技术的AlGaN/GaN HFET器件结构示意图；其中，1—衬底、2—缓冲层、3—外延层、 4—势垒层、5—欧姆接触源电极、6—栅极、8—欧姆接触漏电极。 在传统的AlGaN/GaN HFET器件中外延层3为GaN 薄膜，势垒层4为AlGaN薄膜。

A1GaN／GaN HFET作为开关器件应用在电力电子电路中，常在开关器件两端反并联一个二极管，其作用一般包括在开关器件关断后为主电路电流提供续流回路(续流二极管)、防止可能出现的反向电压对开关器件造成损坏等。现有A1GaN／GaN HFET是具有正向导通特性，无法实现反向二极管导通特性。因而在实际应用中必须反并联一个二极管，从而增加系统成本。

发明内容

本发明目的是在异质结构场效应晶体管具有正向导通特性的基础上，为其增加反向二极管导通特性，可以使得在异质结构场效应晶体管需要反向导通的一些应用中不再并联反向二极管，提供一种节约芯片面积，减少测试与封装成本，提高反向导通性能，提高系统可靠性，降低功耗的一种兼具反向导通的异质结构场效应晶体管及其制作方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种兼具反向导通的异质结构场效应晶体管，由下往上依次包括衬底、缓冲层、外延层和势垒层；所述外延层和势垒层形成异质结；所述异质结的势垒层上设有欧姆接触源电极、栅极和欧姆接触漏电极；所述异质结的势垒层上还设有源电极。

所述衬底为GaN衬底、SiC衬底、Si衬底、GaAs衬底、GeSi衬底或蓝宝石衬底。

所述异质结为AlGaN/GaN异质结、AlGaAs/GaAs异质结、InAlGaAs/GaAS异质结、InP/InGaAs异质结、InP/GaAs异质结、InAlAs/InGaAs异质结、AlGaN/GaN异质结、InAlN/GaN异质结或InAlGaN/GaN异质结。

其中异质结的表达关系为：势垒层/外延层异质结；即比如AlGaN/GaN异质结表示为势垒层为AlGaN，外延层为GaN；AlGaAs/GaAs异质结表示为势垒层为AlGaAs，外延层为GaAs，其他按照相同方式理解。

所述欧姆接触源电极的金属材料为以下一种或多种的组合：钛、铝、镍、金、铂、铱、钼、钽、铌、钴、锆或钨；

所述源电极为肖特基接触源极，其金属材料为以下一种或多种的组合：钛、铝、镁、银、铅、铟、钯、钽、锆或钴。

所述源电极为P型材料形成PN结，或由PN结与肖特基接触结合形成JBS复合接触。

所述源电极通过金属引线与欧姆接触源电极连接；或源电极横跨栅极与欧姆接触源电极连接，欧姆接触源电极、源电极与栅极通过介质材料隔离。

所述栅极为常开栅极或常关栅极，栅极的结构基栅极、常开栅极、常关栅极、F离子注入常关栅、凹型栅、具有p型覆盖层的栅极或MIS型栅。

本发明的又一目的是提供一种兼具反向导通的异质结构场效应晶体管的制作方法，包括以下步骤：

1）在衬底表面上依次外延生长缓冲层、外延层、势垒层；

2）在势垒层上通过欧姆接触定义欧姆接触源电极、欧姆接触漏电极；