[发明专利]一种栅控双极-场效应复合氮化镓横向双扩散金属氧化物半导体晶体管

说明书

本发明公开了一种栅控双极‑场效应复合氮化镓横向双扩散金属氧化物半导体晶体管。该器件通过采用基区与栅极相连的电极连接方式，代替传统的氮化镓LDMOS中基区与源极短接的电极连接方式。工作在关态时，器件的耐压特性与传统的氮化镓LDMOS的一致，器件的栅极，基区和源极接地，漏极接高电位；工作在开态时，寄生的双极型晶体管开启，提供了一个新的导电通道，沟道同样能正常开启进行导电。该结构采用栅极与基区相连的电极连接方式，与采用传统的氮化镓LDMOS器件相比，在保证器件具有相同击穿电压的同时，大幅度提高器件的导通电流，极大改善氮化镓晶体管的导通性能。

技术领域

本发明涉及半导体功率器件技术领域，具体涉及一种横向双扩散晶体管。

背景技术

与传统的窄带隙半导体相比，宽带隙氮化镓具有更加优越的物理特性，例如高禁带宽度、高击穿电场、高电子迁移率、耐酸碱等特点，适合用于制备在高温、高压与高频等条件下工作的功率电子器件，在军事和民工等发面都有着广泛的前景。氮化镓材料的生长目前已经有了比较成熟的解决办法，利用HVPE的优势能够制备出高质量的厚膜氮化镓外延层。因此，利用氮化镓材料制备的电力电子器件已成为目前半导体领域一个热门的研究领域。

LDMOS是功率MOS场效应晶体管发展过程中非常重要的一种结构，由于更容易与CMOS工艺兼容而被广泛采用。为了实现高压和大电流，LDMOS版图面积大，芯片成本高，其导通电阻和击穿电压之间的折衷是主要缺点。

传统的LDMOS没有对寄生的双极型晶体管给予足够的重视，采用基区与源区之间短接的电极连接方式。在开启状态下，由于基区与源区短接，寄生的双极型晶体管不会开启，器件只能在正常开启的沟道中导电。

发明内容

本发明提出了一种栅控双极-场效应复合氮化镓横向双扩散金属氧化物半导体晶体管，旨在满足耐压要求的前提下进一步有效增加器件导通电流(降低器件导通电阻)。

本发明的技术方案如下：

一种栅控双极-场效应复合氮化镓横向双扩散金属氧化物半导体晶体管，包括：

硅材料的衬底；

在所述衬底上生成氮化镓材料的外延层；

在所述外延层上形成的基区和漂移区；

在所述基区上部中间区域形成的源区以及相应的沟道；

在所述漂移区上远离基区一端形成的漏区；

栅绝缘层，覆盖所述沟道以及漂移区邻接沟道的部分(而靠近漏区的部分主要是作为钝化层)；

栅极，位于沟道上方的栅绝缘层表面；

基极，位于远离沟道一端的基区表面；

源极，位于源区表面；

漏极，位于漏区表面；

所述基极与源极隔离，与栅极电连接，满足：栅极接入电压时，基区获得的电压使得器件寄生的双极型晶体管开启。

上述基极与栅极之间的连接材料可以是导体材料，使得栅极接入电压时基极与栅极电位一致。导体材料优选铜或铝。

上述基极与栅极之间的连接材料也可以是半导体材料，使得基极接入电压时基极电位大于栅极电位，栅极接入电压时栅极电位大于基极电位。半导体材料优选半绝缘多晶硅。

上述硅衬底优选未掺杂的单晶硅材料。

上述器件各区域的参数优化如下：