[发明专利]一种半浮栅功率器件

说明书

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，特别是涉及一种半浮栅功率器件。

背景技术

高电子迁移率的宽禁带器件比如氮化镓高电子迁移率晶体管相对于传统的硅器件具有耐高温、高效率、高速度等优点，已被广泛使用。目前，600V的氮化镓高电子迁移率器件很难做成常关型，即使做成常关型器件，其阈值电压也接近0V，容易被误开启。因此600V的氮化镓功率开关通常由一常开型氮化镓高电子迁移率晶体管器件和一常关型硅基器件用共源共栅连接方式组成。

公知的共源共栅的氮化镓功率开关电路如图1所示，包括共源共栅配置的常开型氮化镓晶体管(M_GaN) 和常关型硅基MOS晶体管(M_Si)，其中，硅基MOS晶体管(M_Si)主动地被栅极驱动器控制，栅极驱动器产生栅极信号（V_GM）。氮化镓晶体管（M_GaN）是间接的通过硅基MOS晶体管 (M_Si)控制，因为硅基MOS晶体管 (M_Si)的漏极-源极电压等于氮化镓晶体管（M_GaN）的源极-栅极电压。共源共栅的氮化镓功率开关的优点是可以使用现有标准的栅极驱动器，因此共源共栅的氮化镓功率开关可以被用来直接替换硅基MOS晶体管开关。然而共源共栅的氮化镓功率开关由常开型氮化镓晶体管(M_GaN) 和常关型硅基MOS晶体管(M_Si)组成，结构复杂，而且共源共栅的氮化镓功率开关的可靠性不高。首先共源共栅的氮化镓晶体管开关在动态雪崩时，低压的常关型硅基MOS晶体管容易被击穿；其次，氮化镓晶体管由于在动态操作中存在电压脉冲，因此也存在被击穿、栅极pn结反向导通等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种半浮栅功率器件，能够简化氮化镓功率器件的结构并提高其可靠性。

本发明提供的半浮栅功率器件，包括一个氮化镓高电子迁移率晶体管或碳化硅场效应晶体管，还包括：

一个二极管，该二极管的阳极与所述氮化镓高电子迁移率晶体管或碳化硅场效应晶体管的栅极连接，该二极管的阴极与所述氮化镓高电子迁移率晶体管或碳化硅场效应晶体管的源极或沟道区连接；

一个电容器，该电容器的一端与所述氮化镓高电子迁移率晶体管或碳化硅场效应晶体管的栅极连接，该电容器的另一端与外部电压信号连接。

优选的，上述的一种半浮栅功率器件，所述二极管为肖特基二极管。

本发明针对上述半浮栅功率器件还提供了三种优选的采用肖基特二极管的具体结构：

第一种结构：将所述氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极向所述氮化镓高电子迁移率晶体管的源极一侧延伸并超出栅介质层与氮化镓沟道层连接。在所述氮化镓高电子迁移率晶体管或碳化硅场效应晶体管的栅极之上形成有绝缘介质层，在该绝缘介质层之上形成有控制栅，该控制栅与外部电压信号连接、且通过电容耦合作用于所述氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极。

第二种结构：将所述氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极向所述氮化镓高电子迁移率晶体管的源极一侧延伸并超出栅介质层和氮化镓铝隔离层与氮化镓沟道层连接。在所述氮化镓高电子迁移率晶体管或碳化硅场效应晶体管的栅极之上形成有绝缘介质层，在该绝缘介质层之上形成有控制栅，该控制栅与外部电压信号连接、且通过电容耦合作用于所述氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极。

第三种结构：将所述氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极通过栅介质层和氮化镓铝隔离层中一个开孔与氮化镓沟道层连接。在所述氮化镓高电子迁移率晶体管或碳化硅场效应晶体管的栅极之上形成有绝缘介质层，在该绝缘介质层之上形成有控制栅，该控制栅与外部电压信号连接、且通过电容耦合作用于所述氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极。

优选的，上述的第三种结构，可以在所述氮化镓沟道层内形成一个凹槽，该凹槽位于所述开孔下方，且该凹槽的底部位于所述氮化镓沟道层的任意深度内或者延伸至所述氮化镓沟道层的底部，所述氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极填满所述凹槽。通过调整凹槽的深度，可以方便的调节氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极与氮化镓沟道层之间的肖特基二极管的导通电压。