一种集成肖特基势垒二极管的GaNRC-HEMT器件制造技术

本发明专利技术属于半导体技术领域，尤其是涉及一种集成肖特基势垒二极管的GaN RC

【技术实现步骤摘要】
一种集成肖特基势垒二极管的GaN RC
‑
HEMT器件


[0001]本专利技术属于半导体
，尤其是涉及一种集成肖特基势垒二极管的GaN RC
‑
HEMT器件。

技术介绍

[0002]GaN功率器件相较于传统Si基器件，在电子饱和速度、禁带宽度、临界击穿电场都有显著的优势，且AlGaN/GaN异质结处的2DEG成为了GaN功率器件独有的特点。由于GaN HEMT特有的结构，在其反向传导电流时，与Si基MOSFET不同的是，Si基MOSFET利用其P
‑
N
+
体二极管正偏完成逆向导通，而GaN HEMT由器件的2EDG沟道进行逆向导通，其中不涉及体二极管，当需要漏极电压比栅极电压高至少V
GS(th)
时才可实现逆导，且GaN器件的逆导压降和阈值有直接关系的，在应力过后会产生正漂带来更大的死区功耗。
[0003]为了解决这一问题，通常采用外接或集成的方式，将功率开关管与二极管反向并联在一起，使二极管完成器件的逆导功能。外接二极管的方式，虽然不需要考虑额外的设计和制造，且避免了GaN HEMT器件阈值电压低，栅极可靠性较差的问题，但其缺点是通过外接的手段，Si基MOSFET和GaN HEMT通过金属互连线等封装形式会产生不可避免的寄生电容和电感，这会导致器件的整体功耗增大并影响开关管的频率，是不期望看到的。因此，将二极管集成到功率开关管实现逆导功能的研究越来越成为焦点。已被报道的集成肖特基势垒二极管GaN RC
‑
HEMT(Reverse
‑
Conduction High Electron Mobility Transistor)通过在传统GaN HEMT器件的栅漏漂移区靠近栅极的位置制备与源极相连接的肖特基金属电极，以此来充当反向续流二极管的阳极，这种结构虽然具有制造简单、反向导通压降减小等优点，引入的肖特基金属电极对其下方的2DEG沟道略有耗尽作用，因此会降低器件的最大电流密度，且电场会集中在此肖特基金属电极下方，对器件的击穿特性也存在影响。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，为了更好的平衡具有逆向导通功能的GaN HEMT器件各方面性能，本专利技术提出了一种集成肖特基势垒二极管的RC
‑
GaN HEMT器件。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种集成肖特基势垒二极管的GaN RC
‑
HEMT器件，包括沿器件垂直方向自底向上依次层叠设置的衬底01、第二GaN缓冲层02、N型重掺杂GaN层03、第一GaN缓冲层04、GaN沟道层05、AlGaN势垒层06；GaN沟道层05与AlGaN势垒层06构成异质结，在异质结界面形成2DEG；器件表面沿横向方向从左至右依次具有源极结构、栅极结构和漏极结构；
[0007]所述源极结构位于器件上表面一端，包括分别由源极肖特基金属11和源极欧姆金属09形成的肖特基源极结构和欧姆源极结构，即源极肖特基金属11和源极欧姆金属09共同引出源极，所述源极肖特基金属11位于器件上表面一端，源极肖特基金属11的底部与第二GaN缓冲层02的顶部接触，源极肖特基金属11的侧面与N型重掺杂GaN层03接触；所述源极欧姆金属09位于AlGaN势垒层06的上表面，源极欧姆金属09与源极肖特基金属11在器件横向
方向上相邻但不接触；所述漏极结构位于器件上表面另一端，由漏极欧姆金属10形成，所述漏极欧姆金属10远离源极结构的一侧沿器件垂直方向向下延伸至与N型重掺杂GaN层03的顶部接触，漏极欧姆金属10的另一侧位于AlGaN Barrier层06上表面；所述栅极结构位于源极结构和漏极结构之间的AlGaN势垒层06上表面，栅极结构包括P型GaN层07和位于P型GaN层07上表面的栅极金属08；
[0008]所述N型重掺杂GaN层03所掺入的施主杂质为Si，且掺杂浓度为1e
17
～1e
18
cm
‑3。
[0009]进一步的，所述衬底01采用的材料为Si、蓝宝石、SiC和GaN中的一种。
[0010]进一步的，所述源极欧姆金属09和漏极欧姆金属10采用的材料是Ti/Al、Ni/Au/Ni、Ti/Al/Ni/Au中的任意一种。
[0011]进一步的，所述栅极金属08和P型GaN层07之间的接触是肖特基接触或者欧姆接触，所述栅极金属11采用的材料是Pt/Au、W/Au、Ni/Au中的任意一种。
[0012]进一步的，所述肖特基金属11采用的材料是Pt/Au、W/Au、Ni/Au中的任意一种。
[0013]上述方案提出的一种集成肖特基势垒二极管的逆导GaN HEMT器件包括但不限于P
‑
GaN栅增强型GaN HEMT器件，槽栅增强型GaN HEMT器件。
[0014]本专利技术的有益效果为：通过在传统的GaN HEMT器件基础上，引入了N型GaN沟道二极管来进行器件的反向传导，在实现了反向导通电压不受栅极阈值电压影响的同时，避免了器件电流能力下降，增大了最大电流密度。
附图说明
[0015]图1为本专利技术提出的器件的外延结构示意图。
[0016]图2为本专利技术提出的器件在刻蚀出栅极、肖特基源极和漏极凹槽后的结构示意图。
[0017]图3为本专利技术提出的集成肖特基势垒二极管的逆导GaN HEMT器件的完整结构示意图。
[0018]图4为本专利技术提出的集成肖特基势垒二极管的逆导GaN HEMT器件的等效电路。
具体实施方式
[0019]下面结合附图对本专利技术进行详细描述。
[0020]本专利技术提出的一种集成肖特基势垒二极管的逆导GaN HEMT器件，如图3所示，其结构从上至下分别包括：衬底01、位于衬底01上方的第二GaN缓冲层02、位于第二GaN缓冲层02上方的N型重掺杂GaN层03、位于N型重掺杂GaN层03上方的第一GaN缓冲层04、位于第一GaN缓冲层04上方的GaN沟道层05、位于GaN沟道层05上方的AlGaN势垒层06，GaN沟道层05与AlGaN势垒层06构成异质结，在异质结界面形成2DEG；器件表面沿横向方向从一端到另一端依次分布为源极结构、栅极结构和槽型漏极结构；
[0021]所述栅极结构包括位于AlGaN势垒层06上方的P型GaN层07及位于P型GaN层07之上的栅极金属08；所述槽型漏极结构包括位于N型重掺杂GaN层03上方，且延伸至AlGaN势垒层06之上的漏极欧姆金属10，漏极欧姆金属10的侧面与第一GaN缓冲层04及GaN沟道层05接触；所述的欧姆源极结构由位于AlGaN势垒层06上方的源极欧姆金属09构成；所述的肖特基源极结构由位于第二GaN缓冲层02之上的源极肖特基金属11构成，且源极肖特基金属11的侧面与N型重掺杂GaN层03接触。
[0022]本专利技术提出的一种集成肖特基势垒二极管的逆导GaN HEMT的工作原理为：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成肖特基势垒二极管的GaN RC
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HEMT器件，包括沿器件垂直方向自底向上依次层叠设置的衬底(01)、第二GaN缓冲层(02)、N型重掺杂GaN层(03)、第一GaN缓冲层(04)、GaN沟道层(05)、AlGaN势垒层(06)；GaN沟道层(05)与AlGaN势垒层(06)构成异质结，在异质结界面形成2DEG；器件表面沿横向方向从左至右依次具有源极结构、栅极结构和漏极结构；其特征在于，所述源极结构位于器件上表面一端，包括分别由源极肖特基金属(11)和源极欧姆金属(09)形成的肖特基源极结构和欧姆源极结构，所述源极肖特基金属(11)位于器件上表面一端，源极肖特基金属(11)的底部与第二GaN缓冲层(02)的顶部接触，源极肖特基金属(11)的侧面与N型重掺杂GaN层(03)接触；所述源极欧姆金属(09)位于AlGaN势垒层(06)的上表面，源极欧姆金属(09)与源极肖特基金属(11)在器件横向方向上相邻但不接触；所述漏极结构位于器件上表面另一端，由漏极欧姆金属(10)形成，所述漏极欧姆金属(10)远离源极结构的一侧沿器件垂直方向向下延伸至与N型重掺杂GaN层(03)的顶部接触，漏极欧姆金属(10)的另一侧位于AlGaN Barrier层(06)上表面；所述栅极结构位于源极结构和漏极结构之间的AlGaN势垒层(06)...

【专利技术属性】
技术研发人员：周琦，吴桐，王皓晨，衡姿余，李竞研，熊琦，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：