[发明专利]一种具有集成续流二极管的GaN纵向场效应晶体管

说明书

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种具有集成续流二极管的GaN纵向场效应晶体管。在反向续流时，集成二极管导通，具有低的导通压降及快的反向恢复特性。在正向导通时，集成二极管处于关断状态，不影响场效应晶体管的正向导通。在正向阻断时，由于P阱及上方半导体区对栅介质的保护，有效降低栅介质电场，提高栅介质可靠性，因此器件具有更高的击穿电压。由于P阱及上方半导体区的屏蔽作用，本发明具有更低的栅漏交叠电容，因此具有更小的开关损耗，同时可以防止误开启。相比传统平面栅场效应晶体管，本发明没有占用额外的芯片面积。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种具有集成续流二极管的GaN纵向场效应晶体管。

背景技术

功率场效应晶体管(MOSFET)与双极器件相比具有更好的开关性能，因此被广泛应用于高频功率开关领域。功率场效应晶体管寄生的PN结体二极管能够反向传导电流，可做功率变换器反向续流使用。然而，GaN禁带宽度较大为3.4eV，因此PN结体二极管开启电压较大，同时，少子会影响反向恢复特性，造成较大的功率损耗。一种解决方案是降低漂移区内的载流子寿命来提升反向恢复特性，但同时会增大正向导通压降和泄漏电流。另一种方案是集成肖特基二极管，但是肖特基接触占用了额外的芯片面积，增大了泄漏电流，同时温度对肖特基性能影响较大。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种具有集成续流二极管的GaN纵向场效应晶体管。

本发明的技术方案为，如图1所示，一种具有集成续流二极管的GaN纵向场效应晶体管，从下到上包括：漏极结构、N型漂移区11及N型外延层14，所述N型外延层14中部向上凸起从而呈倒“T”字形结构，中部向上凸起部分形成JFET区6，JFET区6顶部设置有P型掺杂区5，所述P型掺杂区5上部两侧有第一N型高掺杂区3；所述漏极结构包括N型漏区12和及其下的漏电极13；

在所述JFET区6两侧的N型外延层14的上表面设置有P型阱区10；在P型掺杂区5和JFET区6的侧面以及P型阱区10靠近JFET区6一侧的上表面覆盖有第一绝缘介质4，第一绝缘介质4呈“L”字型结构；所述P型阱区10上部设置有第二N型高掺杂区9，且第二N型高掺杂区9与JFET区6的侧面有间距，即第一绝缘介质4覆盖JFET区6与第二N型高掺杂区9之间的P型阱区10上表面，且还覆盖部分第二N型高掺杂区9的上表面，第一绝缘介质4与位于第一绝缘介质4底部上表面的栅电极7构成栅极结构；在P型阱区10远离JFET区6一侧的上表面有第一导电材料8，第一导电材料8覆盖在部分第二N型高掺杂区9的上表面，且第一导电材料8与所述栅极结构有间距；在栅电极7上有第二绝缘介质15，在第二绝缘介质15上有控制栅极2，所述控制栅极2与栅电极7被第二绝缘介质15隔开，第二绝缘介质15、控制栅极2的侧面与第一绝缘介质4接触；

所述第一N型高掺杂区3和P型掺杂区5上有第二导电材料1，第二导电材料1的两侧与第一绝缘介质4接触；所述第一导电材料8与第二导电材料1共同引出端为源极；

其中，第二导电材料1、控制栅极2、第一N型高掺杂区3、第一绝缘介质4、P型掺杂区5、JFET区6、N型漂移区11、N型漏区12与漏电极13构成续流二极管，本发明方案中，因集成有续流二极管，在反向续流时，集成二极管导通，具有低的导通压降及快的反向恢复特性。在正向导通时，集成二极管处于关断状态，不影响场效应晶体管的正向导通。在正向阻断时，由于P阱及上方半导体区对栅介质的保护，有效降低栅介质电场，提高栅介质可靠性，因此器件具有更高的击穿电压。由于P阱及上方半导体区的屏蔽作用，本发明具有更低的栅漏交叠电容，因此具有更小的开关损耗，同时可以防止误开启。相比传统平面栅场效应晶体管，本发明没有占用额外的芯片面积。

进一步的，所述控制栅极2与源极相连。

进一步的，所述控制栅极2接固定电位。