[发明专利]GaN基单片功率逆变器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种GaN基单片功率逆变器及其制作方法，该功率逆变器包括：异质结外延衬底；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，形成于其余空心区域，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。该功率变换器的制备工艺简单，结构多样化，提高了器件成品率。

技术领域

本公开属于半导体器件技术领域，涉及一种GaN基单片功率逆变器及其制作方法。

背景技术

增强型(normally OFF)和耗尽型(normall ON)功率三极管级联构成的功率逆变器(power Inverter)是逆变电路的基本单元，应用于各种DC/AC变换模块。但是目前在同一衬底上同时实现高性能增强型和耗尽型GaN基功率二极管工艺难度较大，制约了GaN基功率集成电路向高效能，小型智能化应用方向发展。因此，亟需提供一种新的在同一衬底上可同时实现增强型和耗尽型的单片集成功率逆变器和制作方法，并且制作工艺简单、方便，有助于推动GaN基功率集成电路的应用与发展。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种GaN基单片功率逆变器及其制作方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种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异质结，在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。

在本公开的一些实施例中，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。

在本公开的一些实施例中，异质结外延衬底的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。

在本公开的一些实施例中，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；和/或薄势垒层的厚度t满足：0＜t≤6nm。

在本公开的一些实施例中，钝化层为如下材料中的一种：SiN，SiO₂或SiON；和/或钝化层的厚度介于5nm～120nm之间。

在本公开的一些实施例中，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。