[发明专利]GaN基单片功率逆变器及其制作方法

权利要求书

1.一种GaN基单片功率逆变器，包括：

异质结外延衬底，包括：GaN缓冲层和薄势垒层形成的薄势垒异质结，在该薄势垒异质结的界面处产生二维电子气；

钝化层，形成于异质结外延衬底之上，在钝化层之间存在多个空心区域；

增强型功率三极管结构，形成于多个空心区域中的若干空心区域，包括：第一源极、第一漏极和第一栅极，该第一源极、第一漏极均与薄势垒层实现欧姆接触，该第一栅极通过位于其下方的第一栅介质层与薄势垒层实现绝缘；以及

耗尽型功率三极管结构，形成于多个空心区域中的其他空心区域，包括：第二源极、第二漏极和第二栅极，该第二源极、第二漏极均与薄势垒层实现欧姆接触，该第二栅极通过位于其下方的第二栅介质层与钝化层实现绝缘或者直接接触钝化层；

所述薄势垒层的厚度t满足：0＜t≤6nm；所述钝化层用于恢复栅极以外的二维电子气。

2.根据权利要求1所述的GaN基单片功率逆变器，还包括：

注入隔离区，设置于第一漏极和第二源极之间以及第一源极和第二漏极的边缘，从钝化层一直延伸至异质结外延衬底的GaN缓冲层内。

3.根据权利要求1所述的GaN基单片功率逆变器，其中，所述异质结外延衬底的薄势垒异质结形成于外延基片上，该外延基片为如下材料中的一种：Si，SiC，蓝宝石或者GaN晶片。

4.根据权利要求1所述的GaN基单片功率逆变器，其中：

所述薄势垒层的材料为如下材料中的一种：AlGaN，AlInN三元合金或AlInGaN四元合金。

5.根据权利要求1所述的GaN基单片功率逆变器，其中：

所述钝化层为如下材料中的一种：SiN，SiO₂或SiON；和/或

所述钝化层的厚度介于5nm～120nm之间。

6.根据权利要求1所述的GaN基单片功率逆变器，其中，所述空心区域依次包括：第一源极开口区、第一栅极开口区、第一漏极开口区、第二源极开口区以及第二漏极开口区；第一源极、第一漏极、第二源极、第二漏极对应形成于第一源极开口区、第一漏极开口区、第二源极开口区、第二漏极开口区，实现欧姆接触；第一栅介质层，至少覆盖第一栅极开口区的两侧壁与底部及其两侧的部分钝化层，与源极、漏极存在间隔；第二栅介质层，位于第二源极和第二漏极之间的钝化层之上。

7.一种如权利要求1至6任一项所述的GaN基单片功率逆变器的制作方法，包括：

在异质结外延衬底上制备钝化层，其中，该异质结外延衬底包括：GaN缓冲层和薄势垒层形成的薄势垒异质结，在薄势垒异质结的界面处产生二维电子气；

刻蚀钝化层，制备得到第一源极开口区、第一栅极开口区、第一漏极开口区、第二源极开口区以及第二漏极开口区；

在第一源极开口区、第一漏极开口区、第二源极开口区和第二漏极开口区对应沉积第一源极、第一漏极、第二源极和第二漏极，制作欧姆接触；以及

在第一栅极开口区制作第一栅介质层和第一栅极，在第二源极和第二漏极之间的钝化层上制作第二栅介质层和第二栅极或者仅制作第二栅极；完成GaN基耗尽型和增强型金属绝缘层半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMTs)的单片集成；

所述薄势垒层的厚度t满足：0＜t≤6nm；所述钝化层用于恢复栅极以外的二维电子气。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其中，在制作完欧姆接触之后还包括如下步骤：

在第一漏极和第二源极之间以及第一源极和第二漏极的边缘进行离子注入隔离。

9.根据权利要求7所述的制作方法，其中，在刻蚀钝化层，制备得到第一源极开口区、第一栅极开口区、第一漏极开口区、第二源极开口区以及第二漏极开口区的步骤中：

所述第一栅极开口区与第一源极开口区、第一漏极开口区同时进行打开；或者

按照先后顺序进行打开，其中，第一源极开口区和第一漏极开口区先打开，或第一栅极开口区先打开。

10.根据权利要求7至9任一项所述的制作方法，其中：

所述钝化层采用如下方法中的一种进行制备：MOCVD，LPCVD或PECVD；和/或

所述刻蚀钝化层采用F基等离子体刻蚀，在薄势垒层的表面实现刻蚀自截止。