[发明专利]增强型GaN基复合开关器件及其制作方法

说明书

本发明公开了一种增强型GaN基复合开关器件及其制作方法，主要解决现有氮化镓基增强型功率开关器件的只能单向导通和单向阻断问题。其自下而上包括：衬底、过渡层、势垒层和钝化层，势垒层上部左、右两侧分别设有m个左、右P‑GaN岛，该左右岛的前、后两侧分别设有左、右隔离槽，且左岛左侧交叉分布有左源极与左阳极，该左源极与左阳极通过左电极连接，右岛右侧交叉分布有右源极与右阳极，该右源极与右阳极被右电极连接，左、右岛上分别为左、右栅极，这些栅极被钝化层部分覆盖，且左右岛与对应的右左阳极之间，均通过势垒层连接，形成二极管与三极管复合结构。本发明能提升器件集成度，实现双向导通和双向阻断特性，可作为功率开关器件。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种增强型GaN基复合开关器件，可用作电力电子系统的基本器件。

技术背景

绿色低碳、节能减排已成为人类社会可持续发展的关键，而大力研发高性能功率开关晶体管，以显著提升电力电子系统的效率和整体性能，是实现可持续发展的有效途径之一。基于P型帽层的常关型氮化镓基高电子迁移率晶体管，即氮化镓基增强型功率开关晶体管，凭借氮化镓材料的宽禁带、高饱和电子漂移速度、强击穿电场、化学性质稳定等特点，可实现低导通电阻、快开关速度、高击穿电压等特性，显著提升电力电子系统的性能。因此，高性能氮化镓基增强型功率开关晶体管在国民经济与军事领域具有非常广阔和特殊的应用前景。

传统氮化镓基增强型功率开关晶体管是基于GaN基异质结结构，其包括：衬底1、过渡层2、势垒层3、P-GaN栅4、源极5、漏极6、栅金属7；势垒层3上部左侧淀积有源极5，势垒层3上部右侧淀积有漏极6，势垒层3上部中间部分淀积有P-GaN栅4，P-GaN栅4上部淀积有栅金属7，如图1所示。

然而，在传统氮化镓基增强型功率开关晶体管中，开态导通时器件中电流只能沿着一个方向导通，关态阻断时器件漏极电势只能高于源极电势，即，传统氮化镓基增强型功率开关晶体管只能实现单向导通和单向阻断，参见Gate and barrier layer design ofE-mode GaN HEMT with p-GaN gate structure,2019 20th International Conferenceon Electronic Packaging Technology(ICEPT),2019,1-4。这无法满足目前多电平电压型逆变器、交流-交流变频器等众多领域对具有双向导通和双向阻断特性的功率开关晶体管的要求。因此，大力研发研发工艺简单且具有双向导通和双向阻断特性的高性能氮化镓基增强型功率开关晶体管非常必要、迫切。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种增强型GaN基复合开关器件及其制作方法，以实现双向导通和双向阻断特性，降低损耗、简化制造工艺，提升集成度。

为实现上述目的，本发明的增强型GaN基复合开关器件，自下而上包括：衬底1、过渡层2、势垒层3和钝化层8；其特征在于：

所述势垒层3上部左、右两侧分别设置有m个等间距平行排列的左P-GaN岛4和m个等间距平行排列的右P-GaN岛5，每个左P-GaN岛4的前、后两侧均设有左隔离槽6，每个右P-GaN岛5的前、后两侧均设有右隔离槽7，这些左P-GaN岛4与这些右P-GaN岛5交叉分布；

所述m个左P-GaN岛4的左侧均设有左源极9，m个右P-GaN岛5的左侧均设有左阳极11，各左源极9和各左阳极11左侧并行设有左电极13，这些源极和阳极被该左电极部分覆盖且电气连接；

所述m个左P-GaN岛4的右侧均设有右阳极12，m个右P-GaN岛5的右侧均设有右源极10，各右源极10和各右阳极12右侧并行设有右电极14，这些源极和阳极被该右电极部分覆盖且电气连接；