[发明专利]一种具有集成二极管的异质结器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术，特别是横向半导体器件的耐压区，以及半导体器件的异质结势垒层电场调制技术。

背景技术

在电力电子功率变换拓扑中，感应负载连接至异质结场效应晶体管(HFET)的情况下，在HFET截止时，需要消耗在电路内的感应负载中积累的能量；Si的MOSFET具有连接在器件结构中的漏极和源极之间的反并联寄生二极管，寄生二极管的阴极连接到漏极阳极连接到源极。当MOSFET截止时，使用寄生二极管的雪崩区域来消耗感应负载积累的能量。但是诸如GaN-HFET的化合物半导体场效应晶体管器件通常不具有P区因此不具有寄生二极管结构，所以在元件内不能有效地消耗来自感应负载的能量，当能量超过栅极-漏极耐压区，源极-漏极截止耐压时会引起元件失效。因此在具有自感的感应负载(如逆变器)的系统中需要将HFET和保护元件一起使用。

在氮化镓异质结型晶体管功率集成电路中，肖特基二极管与AlGaN/GaN HFET集成，肖特基二极管可以作为反向恢复二极管，消耗来自感应负载的能量。通常，异质结器件中集成肖特基二极管是在同一衬底上不同的刻蚀岛上制备的器件，并通过金属与其他异质结晶体管形成电气连接，从而获得集成的目的。

文献[1]给出了一种肖特基续流二极管的集成方案。该方案是通过在AlGaN/GaN HFET的源极引出跨越栅极的场板到漂移区，该场板与漂移区势垒层接触，形成肖特基二极管，最终实现反向恢复二极管的集成。该集成方案在不增加集成面积的情况下，有效的集成了肖特基二极管。由此可见，电力电子变换电路中，不增加集成的面积情况下，如何有效的集成反向恢复二极管已经成为异质结功率集成的研究的热点。新的集成方案和工艺技术将是功率晶体管集成电路不可或缺的推动力。文献[2]中提出了一种异质结极化二极管集成方案，该二极管承载反向恢复二极管的基本功能，消耗来自感应负载的能量。

[1]R.Reiner,P.Waltereit,B.Weiss,M.Wespel,R.Quay,M.Schlechtweg,M.Mikulla,and O.Ambacher,"Integrated Reverse-Diodes for GaN-HEMT Structures,"presented at the Proceedings of the 27th International Symposium on Power Semiconductor Devices&ICs,2015.

[2]A.Nakajima,S.-I.Nishizawa,H.Ohashi,R.Kayanuma,K.Tsutsui,S.Kubota,K.Kakushima,H.Wakabayashi,and H.Iwai,"GaN-Based Monolithic Power Integrated Circuit Technology with Wide Operating Temperature on Polarization-Junction Platform,"presented at the Proceedings of the 27th International Symposium on Power Semiconductor Devices&ICs,Hongkong,2015.

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对上述传统器件存在的缺陷，提出一种具有集成二极管的异质结器件。

本发明解决上述技术问题采用的方案是：

一种具有集成二极管的异质结器件，包括从下往上依次设置的第一半导体衬底层201、第二半导体缓冲层202和第三半导体层203；所述第三半导体层203上表面两端分别设置有第一欧姆接触101与第二欧姆接触103，所述第一欧姆接触101与第二欧姆接触103之间具有第四半导体层204；所述的第三半导体层203与第四半导体层204在接触界面形成异质结；其特征在于，所述第四半导体层204上表面靠近第一欧姆接触101的一端具有第一金属电极102，其靠近第二欧姆接触103的一端具有异质结基二极管200；所述的第一金属电极102、第一欧姆接触101、第二欧姆接触103及第一欧姆接触101与第二欧姆接触103之间的第三半导体层203和第四半导体层204形成的异质结沟道构成异质结场效应晶体管。