The invention discloses a drain connection semi super junction of GaN based vertical type heterojunction power devices, including: the bottom-up Schottky drain substrate (15), (1), (3), drift layer (5) and the current aperture layer about two symmetrical barrier layer (6), a channel layer (8), the barrier layer (9), the cap layer (10) and gate (12); two current blocking layer (6) formed between the aperture (7), there are two source depositing a barrier layer on both sides (14), two source is formed by ion implantation into two areas (13), the cap layer engraved on both sides of two steps (11); among them: both substrate and the drift layer P column two symmetrical (2, two) between the upper and current P column barrier layer is arranged on the lower part of the auxiliary layer (4), Schottky drain with high work function metal. The invention has high breakdown voltage and small on resistance, and can be used in power electronic systems.
【技术实现步骤摘要】
漏连接半超结氮化镓基垂直型异质结功率器件
本专利技术属于微电子
,涉及半导体器件,特别是漏连接半超结氮化镓基垂直型异质结功率器件,可用于电力电子系统。技术背景功率半导体器件是电力电子技术的核心元件,随着能源和环境问题的日益突出,研发新型高性能、低损耗功率器件就成为提高电能利用率、节约能源、缓解能源危机的有效途径之一。而在功率器件研究中,高速、高压与低导通电阻之间存在着严重的制约关系,合理、有效地改进这种制约关系是提高器件整体性能的关键。随着微电子技术的发展,传统第一代Si半导体和第二代GaAs半导体功率器件性能已接近其材料本身决定的理论极限。为了能进一步减少芯片面积、提高工作频率、提高工作温度、降低导通电阻、提高击穿电压、降低整机体积、提高整机效率,以GaN为代表的宽禁带半导体材料,凭借其更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场和更高的电子饱和漂移速度,且化学性能稳定、耐高温、抗辐射等突出优点,在制备高性能功率器件方面脱颖而出,应用潜力巨大。特别是采用GaN基异质结结构的横向高电子迁移率晶体管,即横向GaN基高电子迁移率晶体管HEMT器件,更是因其低导通电阻、高击穿电压、高工作频率等特性,成为了国内外研究和应用的热点、焦点。然而,在横向GaN基HEMT器件中,为了获得更高的击穿电压,需要增加栅漏间距,这会增大器件尺寸和导通电阻,并减小单位芯片面积上的有效电流密度和芯片性能,从而导致芯片面积和研制成本的增加。此外,在横向GaN基HEMT器件中,由高电场和表面态所引起的电流崩塌问题较为严重,尽管当前已有众多抑制措施,但电流崩塌问题依然没有得到彻底解决。为了 ...
【技术保护点】
一种漏连接半超结氮化镓基垂直型异质结功率器件,包括:衬底(1)、漂移层(3)、孔径层(5)、左右两个对称的电流阻挡层(6)、沟道层(8)、势垒层(9)和肖特基漏极(15),衬底(1)的上部外延有漂移层(3),势垒层(9)上的两侧淀积有两个源极(14),两个源极(14)下方通过离子注入形成两个注入区(13),源极之间的势垒层上外延有帽层(10),帽层(10)两侧刻有两个台阶(11),帽层上面淀积有栅极(12),两个对称的电流阻挡层(6)之间形成孔径(7),其特征在于:所述衬底(1)与漂移层(3),均采用相同掺杂浓度的n型GaN材料;衬底(1)与漂移层(3)的两侧,有两个采用p型GaN材料的柱形结构,即两个P柱(2);所述P柱(2),其p型杂质的掺杂浓度与漂移层(3)相同,该P柱(2)和漂移层(3)的上部与电流阻挡层(6)和孔径层(5)的下部之间设有辅助层(4);所述肖特基漏极(15),位于衬底(1)与P柱(2)的下面,其与P柱之间的接触表现为欧姆接触特性,而与衬底(1)之间的接触表现为肖特基特性。
【技术特征摘要】
1.一种漏连接半超结氮化镓基垂直型异质结功率器件,包括:衬底(1)、漂移层(3)、孔径层(5)、左右两个对称的电流阻挡层(6)、沟道层(8)、势垒层(9)和肖特基漏极(15),衬底(1)的上部外延有漂移层(3),势垒层(9)上的两侧淀积有两个源极(14),两个源极(14)下方通过离子注入形成两个注入区(13),源极之间的势垒层上外延有帽层(10),帽层(10)两侧刻有两个台阶(11),帽层上面淀积有栅极(12),两个对称的电流阻挡层(6)之间形成孔径(7),其特征在于:所述衬底(1)与漂移层(3),均采用相同掺杂浓度的n型GaN材料;衬底(1)与漂移层(3)的两侧,有两个采用p型GaN材料的柱形结构,即两个P柱(2);所述P柱(2),其p型杂质的掺杂浓度与漂移层(3)相同,该P柱(2)和漂移层(3)的上部与电流阻挡层(6)和孔径层(5)的下部之间设有辅助层(4);所述肖特基漏极(15),位于衬底(1)与P柱(2)的下面,其与P柱之间的接触表现为欧姆接触特性,而与衬底(1)之间的接触表现为肖特基特性。2.根据权利要求1所述的器件,其特征在于肖特基漏极(15)采用功函数大于4.5eV的高功函数金属,且与P柱(2)连接。3.根据权利要求1所述的器件,其特征在于衬底(1)的厚度u为4~20μm。4.根据权利要求1所述的器件,其特征在于漂移层(3)的厚度HN为1~30μm,宽度WN为1~10μm。5.根据权利要求1所述的器件,其特征在于每个P柱(2)的宽度WP为0.5~5μm,厚度HP为漂移层(3)与衬底(1)的厚度总和。6.根据权利要求1所述的器件,其特征在于衬底(1)、P柱(2)、漂移层(3)三者采用相同的掺杂浓度,掺杂浓度范围为5×1015~5×1017cm-3。7.根据权利要求1所述的器件,其特征在于辅助层(4)采用n型GaN材料,其掺杂浓度为1×1015~1×1017cm-3,厚度L为15~40μm。8.一种制作漏连接半超结氮化镓基垂直型异质结功率器件的方法,包括如下过程:A.制作衬底(1):A1)采用掺杂浓度为5×1015~5×1017cm-3、厚度为4~20μm、宽度为2~20μm的n型GaN做衬底层;A2)在衬底层上制作一次掩模,并利用该掩模在衬底层内两侧位置注入p型杂质,以形成平均掺杂浓度为5×1015~5×1017cm-3的两个p型掺杂区,每个p型掺杂区的厚度与衬底层厚度相同,宽度WP为0.5~5μm,未进行p型掺杂的衬底层形成衬底(1),衬底(1)的宽度为1~10μm,厚度u为4~20μm;B.制作P柱(2)和厚度为HN的漂移层(3);B1)在衬底(1)和步骤A2)获得的两个p型掺杂区上第一次外延一层厚度为H1、掺杂浓度为5×1015~5×1017cm-3的n型GaN材料;B2)在步骤B1)外延的n型GaN材料上制作掩模,利用该掩模在该层n型GaN材料内的两侧位置注入p型杂质,以形成平均掺杂浓度为5×1015~5×1017cm-3的两个p型掺杂的第一区,该两个第一区的厚度为HP1,宽度为WP,H1=HP1;B3)在步骤B1)外延的n型GaN材料上部和两个第一区上第二次外延一层厚度为H2、掺杂浓度为5×1015~5×1017cm-3的n型GaN材料;B4)在步骤B3)外延的n型GaN材料上制作掩模,利用该掩模在该层n型GaN材料内的两侧位置注入p型杂质,以形成平均掺杂浓度为5×1015~5×1017cm-3的两个p型掺杂的第二区,该两个第二区的厚度为HP2,宽度为WP,H2=HP2;B5)在步骤B3)外延的n型GaN材料上部和两个第二区上第三次...
【专利技术属性】
技术研发人员:毛维,石朋毫,杨翠,郝跃,
申请(专利权)人:西安电子科技大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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