[发明专利]一种垂直功率器件及其制作方法

说明书

本发明提供一种垂直功率器件及其制作方法，所述垂直功率器件包括依次设置的漏极金属衬底、第一n⁺GaN接触层、n⁺GaN过渡层、n^‑GaN渡越层、n^‑GaN沟道层；所述n^‑GaN沟道层的两侧、以及述n^‑GaN渡越层上沟道区以外的区域设置有P‑GaN层；所述n^‑GaN沟道层两侧、P‑GaN层外侧设置有栅电极；所述P‑GaN层和栅电极上设置有介质层；所述n^‑GaN沟道层上设置有第二n⁺GaN接触层；所述介质层和第二n⁺GaN接触层上设置源电极。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种垂直功率器件及其制作方法。

背景技术

功率半导体器件是电力电子技术的核心元件，随着能源和环境问题的日益突出，研发新型高性能、低损耗功率器件就成为提高电能利用率、节约能源、缓解能源危机的有效途径之一。近些年来，以氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料，由于具有更大的禁带宽度(3.4eV)、更高的临界击穿电场(3.3MV/cm)和更高的电子饱和漂移速度(2.5×107cm/s)，以及化学性能稳定、耐高温、抗辐射等突出优点，在制备高性能功率器件方面极具潜力。目前对于GaN功率器件的研究主要是基于AlGaN/GaN HEMT，该结构的功率器件普遍击穿场强较低。且若实现较高的击穿电压，AlGaN/GaN HEMT需要牺牲有源区面积作为代价，其击穿场强相较于GaN本征击穿场强相距较大。为此，采用GaN垂直结构是GaN基功率器件发展的趋势。

美国伦斯勒理工学院的Z.D.Li等人使用超结结构，设计并仿真了一种具有60μm厚缓冲层、3μm宽超结的GaN基垂直型功率器件，其阈值电压为1.3V，Ron×A达到4.2mΩ·cm²，击穿电压为12.4kV。美国Avogy公司的H.Nie等人将阻挡层与源极电极相连，制作了GaN基增强型垂直功率器件，其阈值电压为0.5V，饱和电流大于2.3A，击穿电压为1.5kV，导通电阻为2.2mΩ·cm。美国麻省理工学院的Min Sun制作了垂直Fin结构的功率器件，该器件阈值电压为1V，击穿电压为800V，特征导通电阻为0.36mΩ·cm²。从以上垂直器件的研究可以看出，目前垂直器件可以实现较高的击穿电压，但是器件的阈值电压仍较低，且高击穿电压与低导通电阻兼容问题亟需解决。

发明内容

因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出了一种垂直功率器件，包括依次设置的漏极金属衬底、第一n⁺GaN接触层、n⁺GaN过渡层、n^-GaN渡越层、n^-GaN沟道层；

所述n^-GaN沟道层的两侧、以及述n^-GaN渡越层上沟道区以外的区域设置有P-GaN层；

所述n^-GaN沟道层两侧、P-GaN层外侧设置有栅电极；

所述P-GaN层和栅电极上设置有介质层；

所述n^-GaN沟道层上设置有第二n⁺GaN接触层；

所述介质层和第二n⁺GaN接触层上设置源电极。

在本发明一些实施例中，所述n⁺GaN过渡层的掺杂浓度高于n^-GaN渡越层。