本发明专利技术公开了一种GaN基宽输入功率范围整流芯片及其制作方法、整流器，属于半导体领域，芯片包括第一二极管、第二二极管和HEMT，第一二极管和第二二极管均自衬底往芯片表面依次包括非掺杂GaN层、AlGaN势垒层以及同时露出P层和N层的PN结，HEMT自衬底往芯片表面依次包括非掺杂GaN层和AlGaN势垒层，HEMT上设置有源极、栅极和漏极，源极与第一二极管的P层及第二二极管的N层电连接，漏极与第二二极管的P层电连接，第一二极管的N层连接有输入引脚，漏极连接有输出引脚，栅极连接有栅极引脚。通过HEMT控制是否将与HEMT并联的二极管短路，从而切换整流芯片的工作挡位，能够适应不同功率的输入电路。电路。电路。
【技术实现步骤摘要】
GaN基宽输入功率范围整流芯片及其制作方法、整流器
[0001]本专利技术涉及一种GaN基宽输入功率范围整流芯片及其制作方法、整流器，属于半导体领域。
技术介绍
[0002]整流器作为一种在国防、电能传输等领域具有重要作用的功率电子元器件而备受各界关注。传统的硅基整流晶闸管由于材料本身禁带宽度窄、电子饱和迁移速率低、热导系数低等缺点，造成器件体积大、反向漏电流大、中频工作条件下发热严重，性能稳定性差等问题，难以满足日益增长的器件小型化、集成化、高频化需求，因此急需开发一种能应用于高频宽输入功率领域并同时满足器件小型化、集成化应用需求的新一代整流器件。以GaN为代表的第三代氮化物半导体材料相比于传统Si基材料，具有更宽的禁带宽度、更高的临界击穿电场、更高的极限工作温度与饱和更高的电子迁移率等优异特性，用氮化镓制作整流器有望适用于更高电压、更高频的工作场景，提高整流器的稳定性。
[0003]此外，由于二极管本身存在反向击穿电压，使用二极管整流的整流电路的转换效率在偏离最佳输入功率时迅速下降，导致整流电路只能在较窄的输入功率范围内获得高整流效率。
技术实现思路
[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种GaN基宽输入功率范围整流芯片及其制作方法，能够将一个HEMT和两个二极管整合在同一衬底上，利用HEMT切换整流芯片的工作挡位，并提供一种整流器。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：第一方面，本申请提供一种GaN基宽输入功率范围整流芯片的制作方法，包括以下步骤：在衬底上依次沉积出非掺杂GaN层、AlGaN势垒层和PN结，得到外延片；刻蚀所述外延片，以实现台面隔离，形成HEMT台面、第一PN台面和第二PN台面，并且所述第一PN台面和所述第二PN台面均局部刻蚀至同时露出P层和N层，所述HEMT台面局部刻蚀至顶面的两侧暴露出所述AlGaN势垒层；制作电极，以使所述HEMT台面的顶部形成栅极，一侧的所述AlGaN势垒层形成源极，另一侧的所述AlGaN势垒层形成漏极，所述源极与所述第一PN台面的所述P层及所述第二PN台面的所述N层电连接，所述漏极与所述第二PN台面的所述P层电连接；制作引脚，包括输入引脚、输出引脚和栅极引脚，得到所述GaN基宽输入功率范围整流芯片；所述输入引脚连接至所述第一PN台面的所述N层，所述输出引脚连接至所述漏极，所述栅极引脚连接至所述栅极。
[0006]本申请提供的GaN基宽输入功率范围整流芯片的制作方法能够在同一衬底上形成一个HEMT（高电子迁移率晶体管）和两个二极管，两个二极管串联，HEMT与其中一个二极管
并联，能够通过HEMT控制是否将与HEMT并联的二极管短路，从而切换整流芯片的工作挡位，适应不同功率的输入电路。
[0007]进一步地，所述PN结自所述衬底往所述外延片表面的方向依次包括所述P层和所述N层；在所述刻蚀所述外延片的步骤中，所述HEMT台面完全刻蚀尽所述N层，且局部保留所述P层作为盖帽层，所述盖帽层的两侧刻蚀至暴露出所述AlGaN势垒层。
[0008]如此沉积在外延片中的P层在台面隔离后，成为第一PN台面和第二PN台面的PN结中的P层，也成为了HEMT台面上的P型盖帽层。HEMT中，非掺杂GaN层与AlGaN势垒层界面处极化诱导的静电荷会在界面以下形成二维电子气。盖帽层中的空穴会与下方的二维电子气结合，使二维电子气变得不连续，从而形成常关型HEMT，相比起容易过冲或失去功率控制的耗尽型HEMT，常关型HEMT稳定性更强，更适用于电源变换器中。并且常关型的HEMT在栅极未加电压时不将与HEMT并联的二极管短路，有利于保护电路，更加安全。
[0009]更进一步地，所述P层的厚度为150nm。
[0010]常规PN结中P层的厚度为30nm，在自衬底往上依次是非掺杂GaN层、AlGaN势垒层、P层、N层的情况下，PN结下方同样存在非掺杂GaN层与AlGaN势垒层界面，该界面形成的二维电子气会俘获P层中的部分空穴，将P层厚度设置为150nm，能够保证二极管和HEMT正常工作。
[0011]进一步地，所述刻蚀所述外延片的步骤包括：在所述外延片上涂光刻胶，显影固化将要形成台面的区域，刻蚀所述外延片上的其余区域深至所述非掺杂GaN层，以实现台面隔离，形成所述HEMT台面、所述第一PN台面和所述第二PN台面；在所述外延片上涂光刻胶，显影固化除所述第一PN台面局部、所述第二PN台面局部、所述HEMT台面以外的区域，刻蚀所述外延片深至所述P层，以使所述第一PN台面和所述第二PN台面均同时露出P层和N层，所述HEMT台面上的所述N层完全刻蚀尽；在所述外延片上涂光刻胶，显影固化除所述HEMT台面局部以外的区域，刻蚀所述外延片深至所述AlGaN势垒层，以使所述HEMT台面局部保留所述P层作为盖帽层，所述盖帽层的两侧暴露出所述AlGaN势垒层。
[0012]进一步地，所述制作电极的步骤包括：通过光刻、显影、蒸镀、除胶，实现欧姆电极的沉积，沉积后退火，形成所述第一PN台面的阴极、所述第二PN台面的阴极以及所述HEMT台面的源极和漏极；沉积第一钝化层；光刻、刻蚀所述第一钝化层，形成电极孔；通过光刻、显影、蒸镀、除胶，形成所述第一PN台面的阳极、所述第二PN台面的阳极以及与所述HEMT台面的所述P层肖特基接触的所述栅极，并形成连接所述第一PN台面的阳极与所述第二PN台面的阴极的第一导线、连接所述第一导线与所述源极的第二导线、连接所述第二PN台面的阳极与所述漏极的第三导线。
[0013]进一步地，所述制作引脚的步骤包括：在所述外延片表面沉积第二钝化层；光刻、刻蚀所述第二钝化层，形成引脚孔；通过光刻、显影、蒸镀、除胶，形成连接所述第一PN台面的所述N层的所述输入引
脚、连接所述第三导线的所述输出引脚、连接所述栅极的所述栅极引脚。
[0014]进一步地，所述衬底和所述非掺杂GaN层之间还沉积有AlGaN缓冲层。
[0015]进一步地，所述AlGaN缓冲层的厚度为3μm，有利于缓解衬底与非掺杂GaN层之间的晶格失配。
[0016]第二方面，本申请提供一种GaN基宽输入功率范围整流芯片，在衬底上设置有第一二极管、第二二极管和HEMT，所述第一二极管和所述第二二极管均自所述衬底往芯片表面依次包括非掺杂GaN层、AlGaN势垒层以及同时露出P层和N层的PN结，所述HEMT自所述衬底往芯片表面依次包括所述非掺杂GaN层和所述AlGaN势垒层，所述HEMT上设置有源极、栅极和漏极，所述源极与所述第一二极管的所述P层及所述第二二极管的所述N层电连接，所述漏极与所述第二二极管的所述P层电连接，所述第一二极管的所述N层连接有输入引脚，所述漏极连接有输出引脚，所述栅极连接有栅极引脚。
[0017]可通过人工或额外附加的电路控制，在输入功率较低时，利用HEMT将第二二极管短路，仅第一二极管工作；在输入功率较高时，HEMT断开，第一二极管和第二二极管同时工作，有利于整流芯片适用于较宽的输入功率范围，保持较佳的转换效率。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种GaN基宽输入功率范围整流芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：在衬底上依次沉积出非掺杂GaN层、AlGaN势垒层和PN结，得到外延片；刻蚀所述外延片，以实现台面隔离，形成HEMT台面、第一PN台面和第二PN台面，并且所述第一PN台面和所述第二PN台面均局部刻蚀至同时露出P层和N层，所述HEMT台面局部刻蚀至顶面的两侧暴露出所述AlGaN势垒层；制作电极，以使所述HEMT台面的顶部形成栅极，一侧的所述AlGaN势垒层形成源极，另一侧的所述AlGaN势垒层形成漏极，所述源极与所述第一PN台面的所述P层及所述第二PN台面的所述N层电连接，所述漏极与所述第二PN台面的所述P层电连接；制作引脚，包括输入引脚、输出引脚和栅极引脚，得到所述GaN基宽输入功率范围整流芯片；所述输入引脚连接至所述第一PN台面的所述N层，所述输出引脚连接至所述漏极，所述栅极引脚连接至所述栅极。2.根据权利要求1所述的GaN基宽输入功率范围整流芯片的制作方法，其特征在于，所述PN结自所述衬底往所述外延片表面的方向依次包括所述P层和所述N层；在所述刻蚀所述外延片的步骤中，所述HEMT台面完全刻蚀尽所述N层，且局部保留所述P层作为盖帽层，所述盖帽层的两侧刻蚀至暴露出所述AlGaN势垒层。3.根据权利要求2所述的GaN基宽输入功率范围整流芯片的制作方法，其特征在于，所述P层的厚度为150nm。4.根据权利要求2所述的GaN基宽输入功率范围整流芯片的制作方法，其特征在于，所述刻蚀所述外延片的步骤包括：在所述外延片上涂光刻胶，显影固化将要形成台面的区域，刻蚀所述外延片上的其余区域深至所述非掺杂GaN层，以实现台面隔离，形成所述HEMT台面、所述第一PN台面和所述第二PN台面；在所述外延片上涂光刻胶，显影固化除所述第一PN台面局部、所述第二PN台面局部、所述HEMT台面以外的区域，刻蚀所述外延片深至所述P层，以使所述第一PN台面和所述第二PN台面均同时露出P层和N层，所述HEMT台面上的所述N层完全刻蚀尽；在所述外延片上涂光刻胶，显影固化除所述HEMT台面局部以外的区域，刻蚀所述外延片深至所述AlGaN势垒层，以使所述HEMT台面局部保留所述P层作为盖...
【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，
申请(专利权)人：河源市众拓光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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