The invention designs a power semiconductor technology, in particular a GaN heterojunction field effect transistor with low junction temperature and high voltage withstand. The GaN heterojunction field effect transistor of the invention mainly aims at reducing the peak electric field of the channel by inserting the AlN region into the barrier layer, thereby achieving the purposes of increasing the voltage withstand and reducing the heat dissipation. In addition, the passivation layer of the device is AlN with good thermal conductivity, which not only helps to suppress current collapse, but also accelerates heat dissipation. The invention has the advantages that the reverse voltage withstanding of the device is improved, the output characteristics of the device are improved, and the channel temperature of the device is reduced, thereby the harm caused by current collapse and self-heating effect is restrained. The invention is especially suitable for GaN heterojunction field effect transistors with high voltage withstanding ability and low channel temperature.
【技术实现步骤摘要】
一种低结温高耐压的GaN异质结场效应晶体管
本专利技术属于功率半导体
,涉及一种低结温高耐压的GaN异质结场效应晶体管。
技术介绍
随着科技的进步,人类社会对电能的需求与日俱增,如何高效地应用电能成为当下不得不思考的问题。目前,几乎所有的电能都必须经过功率半导体器件进行功率变换之后才能供电子设备使用。功率半导体技术作为新能源和节能减排的基础和核心技术之一,有效促进了电能更有效、更节能、更环保地应用。近年来,随着新能源汽车等领域的兴起,功率半导体技术拥有了更广阔的应用前景。从最早的Si器件,到第二代GaAs器件,再到以GaN和SiC为代表的宽禁带半导体器件,功率半导体器件的发展历经数年。由于Si和GaAs为代表的前两代半导体材料的局限性,第三代宽禁带半导体材料因为其优异的性能得到了飞速发展。氮化镓(GaN)材料作为第三代半导体材料的核心之一,相比Si,GaAs和碳化硅(SiC)特殊之处在于其所具有极化效应。AlGaN/GaN异质结由于极化效应在异质结界面靠近GaN侧产生了高浓度、高电子迁移率的二维电子气导电沟道,使得AlGaN/GaNHEMT器件具有导通电阻小、开关速度快、正向导通饱和电流密度大等特点,在器件应用中占据较大优势,是制作高压、高温、高频和大功率器件的理想材料,因此得到广泛关注和研究。高速电子迁移率晶体管(HEMT)是一种异质结场效应晶体管,GaN与AlGaN接触形成的异质结具有高二维电子气浓度和高二维电子气迁移率。在此结构中,通过改变栅电压就可以控制由源极到漏极的电流,从而达到功率放大的目的。另外,GaN在较大的温度范围内都能够精确的控制 ...
【技术保护点】
1.一种低结温高耐压的GaN异质结场效应晶体管,从下到上依次包括层叠设置的SiC衬底(9)、GaN缓冲层(7)、GaN沟道层(5)、AlGaN势垒层(3)以及AlN钝化层(1);在AlGaN势垒层(3)两端的上表面,具有欧姆金属源极(11)和欧姆金属漏极(12),在AlGaN势垒层(3)中部的上表面,具有栅电极(10),所述栅电极(10)为肖特基接触;其特征在于,所述栅电极(10)正下方的AlGaN势垒层(3)上层,具有AlN势垒区域(2),且AlN势垒区域(2)还向靠近欧姆金属漏极(12)的一侧延伸;所述AlN势垒区域(2)用于减小沟道中的峰值电场、提高击穿电压并降低沟道温度;所述SiC衬底(9)和GaN缓冲层(7)之间还具有AlN成核层(8),AlN成核层(8)用于减小GaN缓冲层(7)与SiC衬底(9)之间因晶格失配而导致的界面张力;所述GaN缓冲层(7)和GaN沟道层(5)之间具有InGaN背势垒层(6),InGaN背势垒层(6)用于抑制电流崩塌效应;所述GaN沟道层(5)和AlGaN势垒层(3)之间具有AlN插入层(4),AlN插入层(4)与GaN沟道层(5)和AlGaN势垒 ...
【技术特征摘要】
1.一种低结温高耐压的GaN异质结场效应晶体管,从下到上依次包括层叠设置的SiC衬底(9)、GaN缓冲层(7)、GaN沟道层(5)、AlGaN势垒层(3)以及AlN钝化层(1);在AlGaN势垒层(3)两端的上表面,具有欧姆金属源极(11)和欧姆金属漏极(12),在AlGaN势垒层(3)中部的上表面,具有栅电极(10),所述栅电极(10)为肖特基接触;其特征在于,所述栅电极(10)正下方的AlGaN势垒层(3)上层,具有AlN势垒区域(2),且AlN势垒区域(2)还向靠近欧姆金属漏极(12)的一侧延伸;所述AlN势垒区域(2)用于减小沟道中的峰值电场、提高击穿电压并降低沟道温度;所述SiC衬底(9)和GaN缓冲层(7)之间还具有AlN成核层(8),AlN成核层(8)用于减小GaN缓冲层(7)与SiC衬底(9)之间因晶格失配而导致的界面张力;所述GaN缓冲层(7)和GaN沟道层(5)之间具有InGaN背势垒层(6),InGaN背势垒层(6)用于抑制电流崩塌...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈万军,李佳,肖立杨,李茂林,信亚杰,施宜军,
申请(专利权)人:电子科技大学,
类型:发明
国别省市:四川,51
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