交错调制型双向阻断器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种交错调制型双向阻断器件，主要解决现有器件只能单向阻断及开启电压高的问题。其自下而上包括：衬底、过渡层、势垒层和钝化层，钝化层左侧设有源极；势垒层和钝化层的右侧设有凹槽阳极；钝化层和凹槽阳极的上表面设有互连金属；互连金属下方设有N个左阵列块与M个右阵列块，这些阵列块的下部均位于过渡层内；源极与左阵列块之间的钝化层内部设有窗口，其内依次设有P型块和i

【技术实现步骤摘要】
交错调制型双向阻断器件及其制作方法


[0001]本专利技术属于微电子
，特别涉及一种双向阻断器件，可用于电力电子系统。
技术背景
[0002]在无线充电、航空航天、射频和医疗设备等应用场景中，经常需要器件具有能够双向耐压的特性，以维持高的功率转换效率及提升器件可靠性。得益于GaN优越的材料特性，如高击穿场强、良好的热特性和高电子迁移率等，GaN基增强型高电子迁移率晶体管在高功率和高频率应用领域中受到了研究者们的极大关注。然而传统的GaN基增强型高电子迁移率晶体管往往只能实现单向阻断，即只能漏极电压高于源极电压，通过关断栅极来实现正向阻断，这严重限制了该类器件的应用。
[0003]传统增强型高电子迁移率晶体管其自下而上包括：衬底1、过渡层2、势垒层3，势垒层3上部左、右两侧分别为源极6与漏极5，势垒层3上部靠近源极6一侧设置有P型块4，P型块4上部设有栅极7。使用传统结构来组成双向阻断器件，只能外部串联肖特基二极管，这会带来很大的寄生效应，增加功耗，且占用面积较大，难以实现单片集成。为了改善上述传统结构所存在的问题，2009年德国费迪南
‑
布劳恩研究所首次提出了一种凹槽SBD漏极结构。将凹槽SBD漏极结构嵌入传统增强型高电子迁移率晶体管，即可形成图1所示的现有增强型高电子迁移率晶体管，其自下而上设有衬底、过渡层、势垒层、P型块、栅极、势垒层上部左侧设置有欧姆接触，其上部设有源极，势垒层与过渡层的右侧设置有肖特基接触，其上部设有漏极，整个器件上部除源极、栅极、漏极外均设置有钝化层进行覆盖。该器件制备工艺与传统GaN基HEMT器件工艺相兼容，且可以实现双向耐压。但这种器件结构存在正向开启电压高、正向输出电流低的问题，难以满足实际用途需要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种交错调制型双向阻断器件及其制作方法，以实现双向阻断特性，提升器件的阈值电压，减小器件栅极漏电，降低正向开启电压，提高正向输出电流，提升器件的可靠性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]1.一种交错调制型双向阻断器件，自下而上包括：衬底1、过渡层2、势垒层3和钝化层4，其特征在于：
[0007]所述势垒层3上部的钝化层4的左侧设置有源极槽5，该源极槽内部设置有源极6；
[0008]所述势垒层3和钝化层4的右侧设置有凹槽阳极12，该凹槽阳极的底部位于过渡层2中；
[0009]所述凹槽阳极12和钝化层4的上表面设有互连金属13；
[0010]所述互连金属13左部的下方设有N个左阵列块10，互连金属13中部的下方设有M个右阵列块11，左阵列块10和右阵列块11的下部位于过渡层2中；
[0011]所述源极6与左阵列块10之间的钝化层4内部设有窗口14，其内部自下而上依次设
有P型块15、i
‑
GaN块16、栅极17；
[0012]所述源极6、栅极17与右侧的阵列块及凹槽阳极12构成HEMT结构，阵列块、凹槽阳极12与其接触的势垒层3和钝化层4之间形成二极管结构，HEMT与二极管复合形成双向阻断器件。
[0013]进一步，所述衬底1采用碳化硅或硅或蓝宝石材料。
[0014]进一步，所述势垒层3的厚度a为3nm～100nm；钝化层4的厚度b为5nm～1000nm。
[0015]进一步，所述N个左阵列块10和M个右阵列块11为交错分布；左阵列块10与右阵列块11之间的间距d大于0，右阵列块11与凹槽阳极12之间的间距e大于0。
[0016]进一步，所述N个左阵列块10、M个右阵列块11和凹槽阳极12的高度相同，均为c，c>a+b。
[0017]进一步，所述左阵列块10由N个等间距的金属长方体块构成，相邻两个长方体块之间的距离f大于0，其中N≥1；右阵列块11由M个等间距的金属长方体块组成，相邻两个长方体块之间的距离g大于0，其中M≥2。
[0018]进一步，所述P型块15选用P
‑
GaN或CuO或NiO材料，其厚度为10nm～500nm，掺杂浓度为5
×
10
15
cm
‑3～1
×
10
22
cm
‑3；i
‑
GaN块16的厚度为10nm～500nm。
[0019]2.本专利技术制作交错调制型双向阻断器件的方法，包括如下步骤：
[0020]§
1.在衬底1上外延GaN半导体材料，形成过渡层2；
[0021]§
2.在过渡层2上外延GaN基宽禁带半导体材料，形成势垒层3；
[0022]§
3.在势垒层3上淀积绝缘物，形成钝化层4；
[0023]§
4.制作源极6：
[0024]4.1)在钝化层4上第一次制作掩膜，利用该掩膜在钝化层4左侧进行刻蚀，刻蚀至势垒层3上表面为止，形成源极槽5；
[0025]4.2)利用第一次制作的掩膜，在源极槽5内部淀积多层金属，并进行快速热退火，形成源极6；
[0026]§
5.在钝化层4和源极6上第二次制作掩膜，利用该掩膜对右侧的钝化层4、势垒层3、过渡层2依次进行刻蚀，刻蚀至过渡层2内部，形成N个左阵列块凹槽7、M个右阵列块凹槽8和阳极槽9；
[0027]§
6.在钝化层4、源极6、左阵列块凹槽7、右阵列块凹槽8和阳极槽9上第三次制作掩膜，利用该掩膜在左阵列块凹槽7、右阵列块凹槽8、阳极槽9内部淀积金属，分别形成N个左阵列块10、M个右阵列块11、凹槽阳极12和互连金属13；
[0028]§
7.在钝化层4、源极6和互连金属13上第四次制作掩膜，利用该掩膜对源极6与左阵列块10之间的钝化层4进行刻蚀，刻蚀至势垒层3上表面为止，形成窗口14；
[0029]§
8.在钝化层4、源极6、互连金属13和窗口14上第五次制作的掩膜，利用该掩膜在窗口14中淀积厚度为10nm～500nm，掺杂浓度均为5
×
10
15
cm
‑3～1
×
10
22
cm
‑3P型块15；
[0030]§
9.利用第五次制作的掩膜，在P型块15上部淀积厚度为10nm～500nm的i
‑
GaN块16；
[0031]§
10.在钝化层4、源极6、互连金属13和i
‑
GaN块16上第六次制作掩膜，利用该掩膜在i
‑
GaN块16上部淀积金属，形成栅极17，完成整个器件的制作。
[0032]本专利技术器件与现有增强型高电子迁移率晶体管相比较，具有以下优点：
[0033]1.降低开启电压，增大输出电流。
[0034]本专利技术器件由于采用左阵列块10和右阵列块11，当器件的凹槽阳极12施加正电压时，载流子能够本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交错调制型双向阻断器件，自下而上包括：衬底(1)、过渡层(2)、势垒层(3)和钝化层(4)，其特征在于：所述势垒层(3)上部的钝化层(4)的左侧设置有源极槽(5)，该源极槽内部设置有源极(6)；所述势垒层(3)和钝化层(4)的右侧设置有凹槽阳极(12)，该凹槽阳极的底部位于过渡层(2)中；所述凹槽阳极(12)和钝化层(4)的上表面设有互连金属(13)；所述互连金属(13)左部的下方设有N个左阵列块(10)，互连金属(13)中部的下方设有M个右阵列块(11)，左阵列块(10)和右阵列块(11)的下部位于过渡层(2)中；所述源极(6)与左阵列块(10)之间的钝化层(4)内部设有窗口(14)，其内部自下而上依次设有P型块(15)、i
‑
GaN块(16)、栅极(17)；所述源极(6)、栅极(17)与右侧的阵列块及凹槽阳极(12)构成HEMT结构，阵列块、凹槽阳极(12)与其接触的势垒层(3)和钝化层(4)之间形成二极管结构，HEMT与二极管复合形成双向阻断器件。2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述衬底(1)采用碳化硅或硅或蓝宝石材料。3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述势垒层(3)的厚度a为3nm～100nm；所述钝化层(4)的厚度b为5nm～1000nm；所述N个左阵列块(10)、M个右阵列块(11)和凹槽阳极(12)的高度相同，均为c，c>a+b。4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，N个左阵列块(10)和M个右阵列块(11) 为交错分布。5.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述左阵列块(10)与右阵列块(11)之间的间距d大于0；所述右阵列块(11)与凹槽阳极(12)之间的间距e大于0。6.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述左阵列块(10)由N个等间距的金属长方体块构成，相邻两个长方体块之间的距离f大于0，其中N≥1；所述右阵列块(11)由M个等间距的金属长方体块组成，相邻两个长方体块之间的距离g大于0，其中M≥2。7.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述P型块(15)选用P
‑
GaN或CuO或NiO材料，其厚度为10nm～500nm，掺杂浓度为5
×
10
15
cm
‑3～1
×
10
22
cm
‑3；所述i
‑
GaN块(16)的厚度为10nm～500nm。8.一种交错调制型双向阻断器件制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
§
1.在衬底(1)上外延GaN半导体材料，形成过渡层(2)；
§
2.在过渡层(2)上外延GaN基宽禁带半导体材料，形成势垒层(3)；
§
3.在势垒层(3)上淀积绝缘物，形成钝化层(4)；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛维，裴晨，杨翠，彭国良，杜鸣，马佩军，郑雪峰，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：