[发明专利]一种逆阻型氮化镓器件

说明书

本发明属于半导体技术领域，具体的说是涉及一种逆阻型氮化镓器件。本发明针对常规的逆阻型AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管与传统硅CMOS工艺不兼容以及器件制备温度高等问题，本发明提出了一种无欧姆接触的逆阻型氮化镓器件。本发明所提出的逆阻型氮化镓器件具有与传统硅工艺兼容、可低温制备等优点。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体的说是涉及一种逆阻型氮化镓器件。

背景技术

电力电子技术是现代科学、工业和国防的重要支撑技术，其中功率半导体器件既是电力电子技术的基础，也是电力电子技术发展的强大动力，功率半导体器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性作用。其中，以功率MOS场效应管(MOSFET)和绝缘栅晶体管(IGBT) 为代表的新型功率半导体器件占据了主导地位，在4C电子产品、工业控制、国防装备等领域发挥着重要作用。然而，以硅材料为基础的功率MOSFET器件越来越显示出其不足和局限性。宽禁带半导体材料具有更优的材料特性，有望解决当今功率半导体器件发展所面临的“硅极限”问题。

宽禁带半导体材料GaN具有宽带隙、高电子饱和漂移速度、高热导率、高临界击穿电场等突出优点，极大地提高了GaN电力电子器件耐压容量、工作频率和电流密度，大大降低了器件导通损耗，使器件可以在大功率和高温等恶劣条件下工作。特别是硅基氮化镓技术结合了GaN材料的性能优势和硅技术的成本优势，已成为国际功率半导体领域战略制高点，受到世界各国政府高度重视。与传统的Si基电力电子器件相比，目前已实用化的宽禁带半导体电力电子器件可将功耗降低一半，从而减少甚至取消冷却系统，大幅度降低电力变换器的体积和重量。

宽禁带半导体电力电子器件具有非常广泛的军用和民用价值，如坦克、舰艇、飞机、火炮等军事设备的功率电子系统领域、以及民用电力电子设备、家用电器、列车牵引设备、高压直流输电设备，也正在应用到PC、混合动力车辆、电动汽车，太阳能发电等系统。在这些新型电力电子系统中，GaN电力电子器件是最核心的关键技术之一，可大大降低电能的消耗，因此也被誉为带动“新能源革命”的“绿色能源”器件。

基于AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管(HEMT)(或异质结场效应晶体管HFET) 在半导体领域已经取得广泛应用。但是常规的AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管不具备反向阻断能力，当漏极电压反向时，会出现较大的反向电流。这种情况在实际工作中可能会导致器件或者系统的损坏。为解决这些问题，近年来人们提出了几种逆阻型AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管。但是常规的逆阻型AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管都存在欧姆接触，需要金等重金属以及在高温条件下制备，使得器件与传统的硅工艺不兼容。并且在高温欧姆退火过程中，器件表面将会被氧化，这会导致表面态的产生。这些表面陷阱会俘获电子，使得器件在动态开关过程中会产生较大动态电阻。

发明内容

本发明的目的，是针对常规的逆阻型AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管与传统硅 CMOS工艺不兼容以及器件制备温度高等问题，本发明提出了一种无欧姆接触的逆阻型氮化镓器件。本发明所提出的逆阻型氮化镓器件具有与传统硅工艺兼容、可低温制备等优点。

本发明的技术方案是：一种逆阻型氮化镓器件，包括从下至上依次层叠设置的衬底1、 GaN层2和MGaN层3，所述GaN层2和MGaN层3形成异质结；所述M为除Ga之外的Ⅲ族元素；所述MGaN层3上表面一端具有漏极金属5，所述漏极金属5与MGaN层3形成肖特基势垒接触；其特征在于，在所述MGaN层3另一端具有绝缘栅极结构6，所述绝缘栅极结构6由绝缘栅介质8和金属栅电极9构成，其中金属栅电极9位于绝缘栅凹槽7中，所述绝缘栅凹槽7为贯穿MGaN层3并延伸入GaN层2上表面的凹槽，金属栅电极9与MGaN 层3和GaN层2之间通过绝缘栅介质8隔离；与绝缘栅极结构6相邻的MGaN层3上表面具有源极金属4，所述源极金属4与金属栅电极9之间通过绝缘栅介质8隔离，且绝缘栅介质8完全覆盖源极金属4的表面并沿MGaN层3上表面延伸至与部分漏极金属5的下表面接触。