【技术实现步骤摘要】
结型栅-漏功率器件
本专利技术属于微电子
，特别涉及一种功率开关器件，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晶体管，即GaN基高电子迁移率晶体管HEMT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GaN基HEMT功率开关器件是基于GaN基异质结结构，其包括：衬底1、过渡层2、势垒...
【技术保护点】
1.一种结型栅-漏功率器件，自下而上包括：衬底(1)、过渡层(2)、势垒层(3)和钝化层(16)；势垒层(3)内部刻有栅槽(4)和漏槽(5)，其侧面刻有台面(14)，栅槽(4)上部设有栅柱(7)；栅柱(7)的上部淀积有栅极(15)，其左侧淀积有源极(11)，其特征在于：/n所述栅柱(7)由栅槽(4)内的P型层(6)和栅槽(4)上部的P型层(6)组成，且P型层(6)的下端完全填充在栅槽(4)内，该栅柱(7)内部注入有N型排柱(9)；/n所述漏槽(5)的上部设有N型漏柱(8)，其右侧淀积有欧姆接触(12)；/n所述N型漏柱(8)内部注入有P型排柱(10)，该P型排柱由w个等间隔...
【技术特征摘要】
1.一种结型栅-漏功率器件，自下而上包括：衬底(1)、过渡层(2)、势垒层(3)和钝化层(16)；势垒层(3)内部刻有栅槽(4)和漏槽(5)，其侧面刻有台面(14)，栅槽(4)上部设有栅柱(7)；栅柱(7)的上部淀积有栅极(15)，其左侧淀积有源极(11)，其特征在于：
所述栅柱(7)由栅槽(4)内的P型层(6)和栅槽(4)上部的P型层(6)组成，且P型层(6)的下端完全填充在栅槽(4)内，该栅柱(7)内部注入有N型排柱(9)；
所述漏槽(5)的上部设有N型漏柱(8)，其右侧淀积有欧姆接触(12)；
所述N型漏柱(8)内部注入有P型排柱(10)，该P型排柱由w个等间隔且大小相同的长方形P柱组成，w>0；
所述N型漏柱(8)和欧姆接触(12)的上部共同淀积有漏极(13)，N型漏柱(8)、欧姆接触(12)和漏极(13)彼此电气连接，N型漏柱(8)的下端完全填充在漏槽(5)内；
所述N型排柱(9)包括m个等间距且大小相同的长方形N柱，m>0，每一个长方形N柱是由下部的长方形N-柱(91)和上部的长方形N+柱(92)组成；
所述势垒层(3)，其内部在位于栅柱(7)左侧和N型漏柱(8)右侧的位置处均刻蚀有阵列孔(19)；
所述栅极(15)，其下边缘与所有N+柱(92)的上边缘均有重合；
所述钝化层(16)，其上部在栅柱(7)和N型漏柱(8)之间的区域刻蚀有2n+1个大小相同的凹槽；凹槽上设有复合板(17)，n≥1；
所述复合板(17)，由左调制板、右调制板和2n-1个大小相同的独立金属块构成，且下端完全填充在2n+1个凹槽内，该左调制板与源极(11)电气连接，右调制板与漏极(13)电气连接，各独立金属块彼此悬空，左调制板与栅极(15)在水平方向上交叠，右调制板与漏极(13)在水平方向上交叠，左调制板和右调制板以第n个独立金属块为中心呈左右对称分布；该复合板(17)和钝化层(16)的外围均设有保护层(18)。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于栅槽(4)的长度a1大于等于2nm，其深度z1小于势垒层(3)的厚度，且z1>0。
3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于漏槽(5)的长度a2大于等于2nm，深度为z2，z2>0。
4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述栅柱(7)，其长度大于等于4nm，其左边缘与栅槽(4)左边缘的间距为q1，其右边缘与栅槽(4)右边缘的间距为q2，且q1＝q2，栅极(15)的长度等于栅柱(7)的长度。
5.根据权利要求1所述的器件，其特征在于N型漏柱(8)的掺杂浓度为1×1016～5×1020cm-3，其下端完全填充在漏槽(5)内，且位于势垒层(3)以上的厚度h1为10～1200nm。
6.根据权利要求1所述的器件，其特征在于P型排柱(10)的深度为u1，漏槽(5)的深度为z2，N型漏柱(8)位于漏槽(5)以上的厚度为h1，u1<z2+h1。
7.根据权利要求1所述的器件，其特征在于P型排柱(10)中的每个长方形P柱的宽度为O1，相邻两个长方形P柱的间距为O2，第一个长方形P柱的左边缘与N型漏柱(8)的左边缘重合，第w个长方形P柱与N型漏柱(8)的右边缘间距为O3，漏槽(5)的长度为a2，O1＝O2＝O3，且满足(2w)×(O1)＝a2。
8.根据权利要求7所述的器件，其特征在于P型排柱(10)的掺杂浓度为1×1016～5×1020cm-3，其掺杂浓度小于等于N型漏柱(8)的掺杂浓度。
9.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：
所述栅柱(7)中，N-柱(91)与N+柱(92)的宽度相同，该宽度为x1，相邻两个N+柱(92)的间距为x2，第一个N+柱(92)的左边缘与栅柱(7)的左边缘重合，第m个N+柱(92)与栅柱(7)的右边缘间距为x3，栅槽(4)的长度为a1，栅柱(7)左边缘与栅槽(4)左边缘的间距为q1，其右边缘与栅槽(4)右边缘的间距为q2，x1＝x2＝x3，且满足(2m)×x1＝q1+a1+q2。
10.根据权利要求9所述的器件，其特征在于所述N-柱(91)的深度为y1，N+柱(92)的深度为y2，P型层(6)的厚度为h2为20～1000nm，y1>0，y2>0,且y1+y2<h2。
11.根据权利要求9所述的器件，其特征在于：
所述P型层(6)的掺杂浓度为5×1016～5×1020cm-3，N+柱(92)的掺杂浓度为1×1018～5×1020cm-3，N-柱(91)的掺杂浓度为1×1011～1×1018cm-3，且N-柱(91)的掺杂浓度均小于N+柱(92)的掺杂浓度和P型层(6)的掺杂浓度。
12.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述阵列孔(19)，由f×g个大小相同的孔组成，f>1，g>1，每个孔由上部的长方体孔柱(191)和下部的四棱锥(192)构成，相邻两个孔的间距k3为0.5～3μm，最外围孔与源极(11)或欧姆接触(12)的边界间距k1为1～4μm；
所述孔柱(191)的上表面和下表面均为正方形，该正方形的边长k2为0.5～2μm，孔柱(191)深度r为2～20nm，且孔柱(191)的下表面与四棱锥(192)的上表面重合；
所述四棱锥(192)的深度e为1～35nm，且四个侧面均相同。
13.根据权利要求1所述的器件，其特征在于源极(11)和欧姆接触(12)的长度均为LO，宽度均为WO，漏槽(5)的长度为a2，漏极(13)的长度为a2+LO，宽度为WO。
14.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述漏极(13)采用多层金属组合，且最下层金属的功函数大于5eV，该最下层金属与P型排柱(10)中每个长方形P柱接触形成的势垒高度小于其与N型漏柱(8)接触形成的势垒高度。
15.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述栅极(15)采用多层金属组合，且下层金属的功函数小于5eV，该下层金属与N型排柱(9)中每个长方形N柱接触形成的势垒高度小于其与P型层(6)接触形成的势垒高度。
16.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，钝化层(16)上的各凹槽大小相同，每个凹槽的深度d均大于0μm，且小于钝化层(16)的厚度，每个凹槽的宽度a3为0.1～4μm。
17.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，以第n个独立金属块为对称轴，在对称轴左侧，左调制板与其第一个独立金属块的间距为S1，第一个独立金属块与第二个独立金属块的间距为S2，以此类推，第n-1个独立金属块与第n个独立金属块的间距为Sn，S1<S2<...<Sn；在对称轴右侧，右调制板与其第1个独立金属块的间距为U1，第1个独立金属块与第2个独立金属块的间距为U2，以此类推，第n-1个独立金属块与第n个独立金属块的间距为Un，U1<U2<...<...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛维，高北鸾，杨翠，马佩军，张金风，郑雪峰，王冲，张进成，马晓华，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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