[发明专利]一种具有台阶式P型GaN漏极结构的逆阻型HEMT

说明书

本发明涉及功率半导体技术，特别涉及一种具有台阶式P型GaN漏极结构的逆阻型HEMT。本发明中漏极区域P型GaN层呈台阶状，沿漏极向源级方向呈台阶式减薄。在台阶式P型GaN漏极结构中，各个P型GaN台阶沿漏极到源级方向呈台阶式依次减薄，在正向导通时，较薄的台阶处正向开启电压较小，使得器件开启电压减小。当器件处于反向阻断状态时，通过台阶式P型GaN漏极结构对沟道电场的调制，优化了反向阻断时漏极区域沟道电场分布，提升了器件逆向阻断电压。本发明的有益成果：对比传统的肖特基势垒漏极逆阻型HEMT器件，器件的逆向阻断电压提升，反向耐压时漏极区域沟道电场分布得到优化。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种具有台阶式P型GaN漏极结构的逆阻型HEMT(High electron mobility transistor，高电子迁移率晶体管)。

背景技术

随着当代社会与科技的发展，人们对于电能的利用与管理有了更高的要求。在电能转换方面，功率半导体技术有着十分重要的地位。如今，功率半导体技术与人们的生活日常息息相关，极大地提高了人们的生活质量与水平。而功率半导体器件是功率半导体技术的基础，是功率变换系统的核心器件，也是当下的研究热点。作为第三代宽禁带半导体材料，氮化镓(GaN)材料具有击穿电场强度高、介电常数小、电子迁移率高、饱和电子漂移速率高、热导率大、抗辐射能力强等优点，是近年来半导体研究领域的热点。同时，由于氮化镓优良的材料特性，使得氮化镓器件在高频、高温以及高压情况下表现优异，氮化镓器件在近几年来得到飞速的发展，有望解决目前功率半导体技术发展所面临的“硅极限”问题。

逆阻型HEMT是一种在器件开启与关断时具有反向阻断能力的HEMT。在一些功率器件的应用领域中，增强型功率器件需要同时具备正向阻断和反向阻断能力。常见的传统逆阻型HEMT器件中，采用肖特基金属作为漏极金属来实现器件的反向阻断能力，这种器件被称为肖特基势垒漏极逆阻型HEMT器件，其结构如图1所示。肖特基金属漏极结构简单，且在正向导通时有较小的开启电压，但是在反向耐压时，漏极肖特基金属下方的电场分布不均，会在漏极区域边缘处形成高电场峰，不利于器件反向阻断电压的提升。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述问题，提出一种具有台阶式P型GaN漏极结构的逆阻型HEMT，通过改变漏极处台阶式P型GaN材料层中的台阶长度与厚度，调制反向耐压时漏极区域沟道电场分布，提高器件的反向击穿电压。由于在台阶式P型GaN漏极结构中，各个P型GaN台阶高度依次减小，在正向导通时，高度较低的台阶处正向开启电压较小，使得器件开启电压减小。

本发明的技术方案为：一种具有台阶式P型GaN漏极结构的逆阻型HEMT器件，包括由下到上依次层叠设置的衬底层1、AlGaN缓冲层2、GaN层3、AlGaN势垒层4，其中GaN层3与AlGaN势垒层4形成异质结结构；从AlGaN势垒层4上表面的一端到另一端依次具有源极金属8、栅极P型GaN材料层7、漏极金属5；在源极金属8和栅极P型GaN材料层7之间的AlGaN势垒层4上表面、以及栅极P型GaN材料层7和漏极金属5之间的AlGaN势垒层4上表面具有钝化层10；栅极P型GaN材料层7上表面具有栅极金属9；其特征在于，在栅极P型GaN材料层7和漏极金属5之间的钝化层10上表面具有P型GaN材料层6，P型GaN材料层6与漏极金属5接触，且P型GaN材料层6呈台阶型，从漏极到源极方向台阶垂直高度递减，漏极金属5向源极金属8的方向延伸覆盖住P型GaN材料层6上表面。

进一步的，如图2所示，其中台阶式P型GaN材料层6由三个不同高度台阶：第一台阶61、第二台阶62和第三台阶63组成，台阶式P型GaN材料层沿漏极到源极方向呈台阶式依次减薄，即第一台阶61厚度大于第二台阶62厚度，且第二台阶62厚度大于第三台阶63厚度。

进一步的，所述衬底1可采用硅，碳化硅或蓝宝石；所述钝化层10可采用材料氮化硅或二氧化硅。且在漏极台阶式P型GaN结构中，台阶的个数应根据器件中栅极与漏极的距离而定，且台阶个数应大于或等于两个。