[发明专利]基于异质结的超结氧化镓晶体管及其制作方法与应用

说明书

本发明公开了基于异质结的超结氧化镓晶体管及其制作方法与应用，属于半导体材料和器件技术领域。所述超结氧化镓晶体管包括超结结构，所述超结结构为在所述晶体管的氧化镓漂移区上形成的交错排列的氧化镓基异质PN结。本发明通过在氧化镓沟道的漂移区形成异质超结结构，对氧化镓漂移区电场分布模式进行修正，有效降低栅极边缘尖峰电场，将漂移区电场由栅极边缘向漏极方向扩散，实现氧化剂晶体管击穿电压与导通电阻制约关系的突破，可以获得更高击穿电压和更低导通电阻，获得优异性能的氧化镓器件，为氧化镓器件在电子电力领域的广泛应用奠定了坚实的基础。

技术领域

本发明属于半导体材料和器件技术领域，具体涉及一种基于异质结的超结氧化镓晶体管及其制作方法与应用。

背景技术

随着集成电路技术的迅猛发展，相关技术不断进步，更高的功率密度与转换效率是拥有广阔应用市场的电力电子产业永远追求的目标。

现在电子电力领域的主流器件是Si功率器件和近来兴起的GaN、SiC器件，但是其功率密度和转换效率无法与日益发展的其他技术相匹配，在组件技术未有重大突破的情况下，电力电子设备制造商即便在电路设计上不断创新，提出各种先进拓扑架构，对电源系统带来的效率或功率密度提升效果仍会遇到瓶颈。有鉴于此，许多高压控制设备、电源管理相关芯片业者，已经将未来的产品发展重心放在碳化硅、氮化镓等新一代材料的应用导入上，希望藉由材料与芯片技术的根本性突破，让电力电子应用的功率密度、转换效率更上一层楼。

对于广泛应用于电源、逆变器以及电动装置等电力设备的电力电子功率器件，对其制备材料主要考量的关键因素为：1.临界击穿电场，更高的临界击穿电场可以有更广泛的运用；2.熔点温度，高的熔点代表其有更好的耐高温特点；3.热传导性，良好的热传导性便于器件快速散失工作中产生的热量，可以更好的稳定工作；4.能带禁带宽度，此为功率器件的决定性特征，因为更大的禁带宽度意味着其可以承受更高的负载电压的冲击，即具有更高的临界击穿电场，而且在给定电压情况下可以使用更薄的器件尺寸，更薄的器件尺寸意味着更小的阻抗，即更小的能耗和更高的工作效率。

因此，具有以上所述特点的材料是电力电子器件发展的基础，也是电力电子器件研究者们所关注的热点。氧化镓由于其具有约4.8eV的禁带宽度和借此获得的更高的击穿电场特性，使得其与现有功率器件材料(如Si禁带宽度1.24eV、GaN禁带宽度3.4eV、SiC禁带宽度3.3eV)相比，可以承受更高的负载电压的冲击，具有更高的临界击穿电场和更高的工作，成为功率器件的研究热点。而且，相比于价格高昂的GaN和SiC而言，氧化镓更具市场前景。

然而，所有功率器件在发展中都会面临着同一物理极限限制，那就是器件的击穿电压与器件的导通电阻呈现平方项的负相关特性，导致其击穿电压和导通电阻处于权衡态。作为新兴的氧化镓功率电子器件在发展过程中同样不可避免该问题，存在着器件击穿电压和器件导通电阻相矛盾的关系，制约着其发展和应用前景。而且，目前的氧化镓电力电子功率器件中仍没有有效的设计方法能使其有效地突破该制约关系，实现更优的器件性能。

虽然有人提出了在器件的漂移区上方覆盖P型材料的表面电场降低结构(reduced-surface-field，RESURF)来改善器件的击穿电压和降低导通电阻，但该技术仅能通过P对N的耗尽作用来抑制电场降低，并因击穿电压的提升而带来导通电阻的降低；该技术在相同击穿电压下并不能实现更低的导通电阻，在相同的导通电阻下也不能实现更高的击穿电压。

发明内容