[发明专利]一种具有栅极高耐压低漏电的氮化镓功率器件

说明书

一种栅极高耐压低漏电的氮化镓功率器件，包括：P型硅衬底，在P型硅衬底上方设有氮化铝缓冲层，氮化铝缓冲层上方设有铝镓氮缓冲层，铝镓氮缓冲层上方设有氮化镓缓冲层，氮化镓缓冲层上方设有铝镓氮势垒层和两端的源极及漏极，源极及漏极上方设有金属分别作为源极和漏极连接铝镓氮势垒层两端至外围的输入\输出，源极金属与铝镓氮势垒层左端形成欧姆接触，漏极和铝镓氮势垒层右端形成欧姆接触，铝镓氮势垒层上方叠加有三层不同掺杂浓度的P型氮化镓层，P型氮化镓层上方设有栅极金属连接P型氮化镓层至结构外围的输入\输出，栅极金属和P型氮化镓层形成肖特基接触，P型氮化镓层和栅极在源漏极之间相对距离源极较近，相对距离漏极较远，铝镓氮势垒层上方漏极和P型氮化镓之间设有氮化物钝化层，源极和P型氮化镓之间设有氮化物钝化层。

技术领域

本发明主要涉及高压功率半导体器件技术领域，具体来说，是一种对栅极很好保护即维持栅极高耐压低漏电的氮化镓功率器件。

背景技术

随着电力电子、半导体照明、新一代移动通信、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域的火热，无线充电、无人驾驶汽车、固态光源、微波射频器件等应用的兴起，对功率器件的性能提出了新的需求。但传统的硅器件因受材料特性影响已达到物理极限，在性能方面已无法满足新兴的需求，所以在社会需求的驱动下寻求下一个替代者已刻不容缓。与第一代半导体材料硅(Si)和第二代半导体材料砷化镓(GaAs)相比，第三代半导体材料氮化镓(GaN)因具有禁带宽度大(3.39eV)、高强度的击穿电场、高漂移速度的饱和电子、热高导率、较小的介电常数、耐高频、耐高压、耐高温、高光效、高功率、较强的抗辐射能力以及稳定的化学性质等优越性能，因而能制备出在高温下运行稳定，在高电压、高频率下更为可靠的半导体器件，该器件能以较少的电能消耗，而获得更强的运行能力。

P型氮化镓栅高电子迁移率晶体管具有正向固定的阈值电压，低开态电阻和高击穿电压从而成为目前应用最广泛的氮化镓功率器件；但是P型氮化镓栅存在栅极漏电流，当栅压达到一定数值后栅极漏电增加，栅极漏电会增加开关损耗，影响开关转换速率，甚至导致器件的栅极发生击穿，栅叠层特性退化；此外氮化镓功率器件的正向阈值电压较低也是造成器件出现安全问题的原因之一。

传统方案中，氮化镓功率器件常常会利用一些方法来减缓栅极漏电，比如采用合适的钝化工艺，H等离子体工艺优化，增加铝镓氮的厚度和采用MIS介质层等方式；但这些技术都只能维持较低栅压下的表面漏电减少且带来的成本往往较高，而对于垂直隧穿漏电流来说，很难起到缓解所用。

本发明针对P型氮化镓栅高电子迁移率晶体管功率器件存在的大电压下的栅极漏电增加和器件正向阈值电压较低的问题提出一种新型氮化镓功率器件结构，此结构可以很好的解决氮化镓功率器件的栅极漏电和阈值电压的问题，从而提高器件的实用性和安全性。

发明内容

技术问题：本发明针对上述问题，提出了一种低栅极漏电高正向阈值电压的氮化镓功率器件，本发明结构能够很好的提高栅极耐压、降低栅漏电流同时提高正向阈值电压，提高整个器件结构的实用安全性能。

技术方案：本发明的一种具有栅极高耐压低漏电的氮化镓功率器件，该氮化镓功率器件包括：P型硅衬底，在P型硅衬底上方设有氮化铝缓冲层，氮化铝缓冲层上方设有铝镓氮缓冲层，铝镓氮缓冲层上方设有氮化镓缓冲层，氮化镓缓冲层上方的中部设有铝镓氮势垒层，两边设有源极及漏极，源极及漏极上方设有金属分别作为源极和漏极连接铝镓氮势垒层两端至外围的输入\输出，源极金属与铝镓氮势垒层左端形成欧姆接触，漏极和铝镓氮势垒层右端形成欧姆接触；铝镓氮势垒层上方设有第一P型氮化镓层，第一P型氮化镓层上方设有第二P型氮化镓层，第二P型氮化镓层上方设有第三P型氮化镓层，第三P型氮化镓层上方设有栅极金属连接第三P型氮化镓层至结构外围的输入\输出，栅极金属和第三P型氮化镓层形成肖特基接触；铝镓氮势垒层上方漏极与第一P型氮化镓层、第二P型氮化镓层、第三P型氮化镓层之间设有氮化物钝化层，源极与第一P型氮化镓层、第二P型氮化镓层、第三P型氮化镓层之间设有氮化物钝化层。