[发明专利]内嵌肖特基二极管的复合功率开关器件及其制作方法

说明书

本发明公开了一种内嵌肖特基二极管的复合功率开关器件，主要解决现有功率开关器件只能单向导通的问题。其包括：衬底、过渡层、第一沟道层、第一势垒层、第二沟道层、第二势垒层；第二势垒层上部依次设有P型块和栅极；第一沟道层、第一势垒层、第二沟道层、第二势垒层的左、右两侧均设有第一台面，这两个第一台面上分别为阳极与漏极，左侧的第一台面右侧依次为第二台面和源极。第一沟道层与第一势垒层的接触界面形成电子通道，该通道与漏极、阳极构成肖特基二极管结构；第二沟道层、第二势垒层、P型块、漏极、源极、栅极共同构成功率开关晶体管。本发明可降低损耗，提升器件集成度，且能实现双向导通特性，用作开关器件。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种复合功率开关器件，可用于作为电力电子系统的基本器件。

技术背景

电力电子系统广泛应用于航空航天、工业设备、电动汽车、家用电器等众多领域，功率开关器件作为电力电子系统的重要元件，是实现能量转换与控制的重要工具。因此，功率开关器件的性能和可靠性对整个电力电子系统的各项技术指标和性能有着决定性影响。当前，Si基功率开关器件性能已经趋近其理论极限，不能满足下一代电力电子系统高温、高压、高频、高效和高功率密度的要求。而以GaN为代表的第三代宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、饱和电子漂移速度高、临界击穿电场大、化学性质稳定的特点，在制备具有更低导通电阻、更快开关速度、更高击穿电压的功率开关器件方面，已展现出独特的优势。特别是基于GaN基异质结结构的高电子迁移率器件，即GaN基高电子迁移率功率开关器件，以其优异的功率特性，在国民经济与军事领域具有广阔和特殊的应用前景。

传统氮化镓基增强型功率开关器件是基于GaN基异质结结构，其包括：衬底、过渡层、沟道层、势垒层、P-GaN栅、漏极、源极、栅金属；势垒层上部左侧淀积有漏极，势垒层上部右侧淀积有源极，势垒层上部中间部分淀积有P-GaN栅，P-GaN栅上部淀积有栅金属，如图1所示。然而，在传统氮化镓基增强型功率开关器件中，开态时器件中电流只能沿着漏极至源极一个方向传导，功率只能由漏极传送至源极，即，传统氮化镓基增强型功率开关器件只能实现单向导通，参见Gate and barrier layer design of E-mode GaN HEMT with p-GaNgate structure,2019 20th International Conference on Electronic PackagingTechnology(ICEPT),2019,1-4。在逆变器、交流-交流变频器等众多领域中，往往需要器件具有双向导通能力，而利用传统功率开关器件实现双向导通时需要进行多个分立器件的PCB板级互连，无法实现单片集成电路，从而导致显著的寄生效应、较大的功耗和电路体积。因此，迫切需要研发工艺简单且具有双向导通特性的高性能氮化镓基增强型功率开关器件。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种内嵌肖特基二极管的复合功率开关器件及其制作方法，以实现双向导通特性，减小寄生效应，降低损耗，提升复合功率开关器件的集成度。

为实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一、器件结构

1.一种内嵌肖特基二极管的复合功率开关器件，自下而上包括：衬底1、过渡层2、第二沟道层5、第二势垒层6、P型块7和栅极13，其特征在于：

所述过渡层2与第二沟道层5之间插有第一沟道层3和第一势垒层4，且第一势垒层4位于第一沟道层3上部；

所述第一沟道层3、第一势垒层4、第二沟道层5、第二势垒层6的左、右两侧均设有第一台面8，该左侧的第一台面上设有阳极12，该右侧的第一台面上设有漏极10，这两个第一台面的下端均位于过渡层2的上部；

所述左侧的第一台面8右侧设有第二台面9，该第二台面下端位于第二沟道层5中，其上设有源极11；

所述第一沟道层3和第一势垒层4的接触界面形成电子通道，该通道与漏极10、阳极12共同构成肖特基二极管结构；