[发明专利]一种GaN异质结纵向逆导场效应管

说明书

本发明涉及半导体器件技术领域，涉及GaN异质结逆导场效应管。本发明采用纵向分立栅结构，将肖特基源极淀积在栅极之间，形成逆导二极管的阳极。通过P型基区形成的背势垒和P型栅共同作用耗尽栅下方沟道处的二维电子气(2DEG)，且可通过调节AlMN势垒层的再生长厚度精确调控阈值电压。本发明的有益效果为，在正向开关工作状态下，具有阈值电压可调，导通电阻低、饱和电流大、关态耐压高、工作频率高和低功耗等优点；在逆导工作状态下，具有开启电压低、导通电阻低，反向耐压大，反向恢复时间短和低功耗等优点。同时其制造工艺与传统GaN异质结HEMT器件兼容。本发明尤其适用于GaN异质结纵向功率场效应管。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，涉及GaN异质结功率场效应管。

背景技术

作为第三代宽禁带半导体的典型代表，氮化镓(GaN)具有很多优良的特性：高临界击穿电场(～3.5×10⁶V/cm)、高电子迁移率(～2000cm²/vs)、高的二维电子气(2DEG)浓度(～10¹³cm^-2)和良好的高温工作能力等。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，调制掺杂场效应晶体管MODFET，以下统称为HEMT器件)已经应用于无线通信、卫星通信等射频/微波领域中。另外，基于宽禁带GaN材料的该类器件具有关态耐压或反向阻断电压高、正向导通电阻低、工作频率高、效率高等特性，可以满足系统对半导体器件更大功率、更高频率、更小体积、更低功耗和更能忍受恶劣工作环境的要求。

场效应管在半导体领域占有极其重要的地位。近年来，基于GaN异质结材料的场效应管已经取得了较大发展。然而，传统的GaN异质结场效应管多为横向结构，在器件关断状态下，电压主要由栅极与漏极之间的漂移区承受，由于电场在漂移区分布不均匀，电场峰值会出现在靠近漏端的栅极边缘，导致器件提前击穿，诱发电流崩塌，从而无法发挥GaN异质结器件所具有的高工作频率、低导通电阻与高耐压的优势。在大功率的电力电子系统中，一般会选择续流二极管并联在开关管两端，以防止电路中所产生的感应电动势击穿或者烧毁开关管。然而，分立的续流二极管不仅增加了系统的体积和成本，而且增加了寄生电容与寄生电感，从而导致开关损耗增大。传统的GaN PN结二极管由于开启电压过大，且P型GaN的空穴迁移率过低，并不适合作为续流二极管使用。因此开发一种可逆导工作的纵向GaN异质结场效应管对于实际应用具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述传统GaN异质结功率场效应管存在的问题，提出了一种垂直结构的GaN异质结逆导型场效应管。工作在正向开关状态时，该器件具有导通电阻低，饱和电流大，关态耐压和工作频率高的优势；在逆导工作状态下时，该器件具有开启电压低、导通电阻低，反向耐压大和反向恢复时间短的优势。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种GaN异质结逆导场效应管，本发明为左右对称结构，包括GaN N型重掺杂衬底1，位于衬底1上的GaN轻掺杂N型漂移区2，位于所述轻掺杂N型漂移区2上的AlMN层5，所述N型漂移区2和AlMN层5构成异质结，所述N型漂移区2中设置有P型基区3，位于所述P型基区之间的JFET区12，位于所述P型基区3与所述AlMN层5之间的沟道区9，与形成欧姆接触的源电极4，位于所述AlMN层上的P型GaN栅区6，位于所述P型GaN栅区6下方的凹槽13，位于所述P型GaN栅区6上方的栅电极7，位于AlMN层5上方的肖特基阳极8，位于所叙AlMN层上方的钝化层10，所述GaN N型重掺杂衬底1下方的漏电极11。