[发明专利]复合渐变层氮化镓功率晶体管

权利要求书

1.一种复合渐变层氮化镓功率晶体管，自下而上包括：漏极(12)、衬底层(1)和漂移层(2)，漂移层(2)上依次设有沟道层(3)、N⁺型层(4)和源极(11)，沟道层(3)的两侧设有栅极(13)，其特征在于：

所述栅极(13)下方的漂移层(2)内部，设有第一渐变层(5)，以控制电流沟道的导通与关断；

所述漂移层(2)的内部中央等间距设有n个第二渐变层(6)，且该第二渐变层(6)和漂移层(2)上设有调制岛极(14)，其与漂移层(2)形成肖特基接触，以在关断状态下，通过调制岛极(14)施加大于漏极(12)的偏置电压产生由调制岛极(14)流向漏极(12)的反向电流，实现反向导通特性，其中n为大于等于1的整数；

所述第一渐变层(5)由m层第一渐变P型层(7)与m-1层第一渐变N型层(8)组成，其中第一渐变N型层(8)位于第一渐变P型层(7)的内部，其中m为大于1的整数；

所述第二渐变层(6)由m层第二渐变P型层(9)与m-1层第二渐变N型层(10)组成，其中第二渐变N型层(10)位于第二渐变P型层(9)的内部，其中m为大于1的整数。

2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述的衬底层(1)，采用氮化镓、硅、金刚石或碳化硅材料中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：

所述沟道层(3)的宽度a为5nm～3μm；

所述沟道层(3)左右两侧栅极(13)下方的相邻2个第一渐变层(5)，其间距b小于沟道层(3)宽度a；

所述第一渐变层(5)与第二渐变层(6)之间隔有漂移层(2)。

4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述第一渐变P型层(7)，其第m层的宽度l_m小于第m-1层的宽度l_m-1，其每层掺杂浓度均为1×10¹⁷～1×10²⁰cm^-3，m为大于1的整数。

5.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述第一渐变N型层(8)，其第一层的宽度x₁小于第一渐变P型层(7)第二层的宽度l₂，且其第m-1层的宽度x_m-1小于第一渐变P型层(7)第m层的宽度l_m，其每层掺杂浓度均为1×10¹⁶～1×10²¹cm^-3，m为大于1的整数。

6.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述第二渐变P型层(9)，其第m层的宽度w_m小于第m-1层的宽度w_m-1，其每层掺杂浓度均为1×10¹⁷～1×10²⁰cm^-3，m为大于1的整数。

7.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述第二渐变N型层(10)，其第一层的宽度y₁小于第二渐变P型层(9)第二层的宽度w₂，且其第m-1层的宽度y_m-1小于第二渐变P型层(9)第m层的宽度w_m，其每层掺杂浓度均为1×10¹⁶～1×10²¹cm^-3，m为大于1的整数。

8.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述调制岛极(14)与源极(11)电气连接。

9.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述第二渐变层(6)和调制岛极(14)组成的调制岛结构，沟道层(3)、N⁺型层(4)、第一渐变层(5)、源极(11)和栅极(13)组成的结型场效应管结构，该结型场效应管结构与调制岛结构交替重复排列。

10.一种复合渐变层氮化镓功率晶体管制作方法，其特征在于，包括如下：

A)在衬底层(1)上使用外延工艺外延GaN基宽禁带半导体材料，形成漂移层(2)；

B)在漂移层(2)上使用外延工艺外延GaN基宽禁带半导体材料，形成N⁺型层(4)；

C)在N⁺型层(4)上第一次制作掩膜，利用该掩膜依次对N⁺型层(4)和漂移层(2)进行刻蚀，形成沟道层(3)；

D)在漂移层(2)内制作第一渐变P型层(7)和第二渐变P型层(9)：

D1)在漂移层(2)上第二次制作掩膜，利用该掩膜对漂移层(2)进行离子注入，形成第一层；

D2)在漂移层(2)上第三次制作掩膜，利用该掩膜对漂移层(2)进行离子注入，形成第二层；

D3)不断重复进行离子注入，直到在漂移层(2)上完成第m+1次掩膜制作，利用该掩膜对漂移层(2)进行离子注入，形成第m层；

E)在第一渐变P型层(7)内制作第一渐变N型层(8)以形成第一渐变层(5)，同时在第二渐变P型层(9)内制作第二渐变N型层(10)以形成第二渐变层(6)：

E1)在漂移层(2)上第m+2次制作掩膜，利用该掩膜对第一渐变P型层(7)和第二渐变P型层(9)进行离子注入，形成第一层；

E2)在漂移层(2)上第m+3次制作掩膜，利用该掩膜对第一渐变P型层(7)和第二渐变P型层(9)进行离子注入，形成第二层；

E3)不断重复进行离子注入，直到在漂移层(2)上完成第2m次掩膜制作，利用该掩膜对第一渐变P型层(7)和第二渐变P型层(9)进行离子注入，形成第m-1层；

E4)进行热退火，完成第一渐变层(5)和第二渐变层(6)的制作；

F)在漂移层(2)、沟道层(3)、N⁺型层(4)、第一渐变层(5)和第二渐变层(6)的表面第2m+1次制作掩膜，利用该掩膜在N⁺型层(4)上淀积金属，并进行快速热退火，形成良好的欧姆接触，完成源极(11)的制作；

G)在衬底层(1)的底部淀积金属，并进行快速热退火，形成良好的欧姆接触，完成漏极(12)的制作；

H)在漂移层(2)、沟道层(3)、N⁺型层(4)、第一渐变层(5)、第二渐变层(6)和源极(11)的表面第2m+2次制作掩膜，利用该掩膜在第一渐变层(5)上淀积金属，并进行热退火，完成栅极(13)的制作；

I)在漂移层(2)、沟道层(3)、N⁺型层(4)、第一渐变层(5)、第二渐变层(6)、源极(11)和栅极(13)的表面第2m+3次制作掩膜，利用该掩膜在漂移层(2)和第二渐变层(6)上淀积金属，并进行快速热退火，使金属与漂移层(2)形成良好的肖特基接触，完成调制岛极(14)的制作，且其与源极(11)形成电气相连，完成整个器件的制作。