【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件及集成电路，涉及一种宽禁带半导体集成功率模块。
技术介绍
1、氮化镓(gan)作为第三代宽禁带半导体材料具有宽带隙、高临界电场、以及高电子饱和速度等优点。传统的gan基功率模块使用直接耦合场效应晶体管逻辑(dcfl)技术，这种技术面临着高功耗的挑战。为克服高功耗的缺点，需要发展互补金属氧化物半导体(cmos)技术。文献“an enhancement-mode gan p-fet with improved breakdown voltage”报道了一种增强型gan基p型场效应管(p-fet)，通过霍尔测试得到其空穴迁移率约11cm2/(v·s)，远低于gan基n型场效应管(n-fet)迁移率(约2000cm2/(v·s))，导致器件之间电流密度存在很大差异。文献“gallium nitride-based complementary logic integratedcircuits”报道了一种gan基互补逻辑集成方案，实现了gan基互补型功率模块的单片集成，文中也提及现有的gan p-fet与n-fet沟道迁移率不匹配不利于gan p-fet成为面向低功耗高速逻辑电路的先进cmos技术的合适候选。
2、尽管近年来研究人员尝试提高gan p-fet空穴迁移率，但同质集成下pn管沟道迁移率不匹配的问题仍然存在。与此同时，超宽禁带半导体材料金刚石不仅具有宽禁带和高临界击穿电场等优良特性，还可以基于表面处理形成具有高空穴迁移率的二维空穴气(2dhg)沟道层。
技术实现思路<
1、本专利技术公开的一种宽禁带半导体集成功率模块以键合方式将金刚石p-fet与氮化镓功率器件集成在同一基底上形成互补逻辑集成方案，相较于传统的gan基功率模块使用直接耦合场效应晶体管逻辑(dcfl)技术，这种互补逻辑集成方案有效降低了模块整体功耗，上管p-fet驱动信号为恒定的总线电压可以大幅降低误导通和串扰的的风险，显著提高模块稳定性。基于表面处理形成的2dhg作为导电通道的金刚石p-fet具有其他半导体材料不具有的高空穴迁移率，可以解决pn管迁移率不匹配的问题，提升功率模块整体性能。
2、技术方案
3、为解决上述问题，本专利技术提供的技术方案为：
4、一种宽禁带半导体集成功率模块，所述金刚石功率器件由下而上依次设有第一衬底层、沟道层和第一栅介质层，所述沟道层的上侧表面设有第一源极金属和第一漏极金属，所述第一栅介质层的上侧表面设有第一栅极金属；所述氮化镓功率器件由下而上依次设有第二漏极金属、第二衬底层、第一n型氮化镓层、p型氮化镓层、第二n型氮化镓层、第二栅介质层、第二栅极金属和第二源极金属；所述第一n型氮化镓层、p型氮化镓层和第二n型氮化镓层上设有用于承载第二栅介质层以及第二栅极金属的栅极凹陷部，所述p型氮化镓层和第二n型氮化镓层上设有用于承载第二源极金属的源极凹陷部；所述第二栅介质层下侧表面与第一n型氮化镓层、p型氮化镓层和第二n型氮化镓层栅极凹陷部上侧表面接触，所述第二栅极金属下侧表面与第二栅介质层上侧表面接触，所述第二源极金属下侧表面与p型氮化镓层、第二n型氮化镓层源极凹陷部上侧表面接触；所述第二漏极金属通过键合连接层与第一漏极金属相连接实现器件集成，所述键合连接层下侧表面与第一衬底层上侧表面接触，所述键合连接层上侧表面与第二漏极金属接触，所述键合连接层下侧表面与第一漏极金属上侧表面形成接触。
5、作为本专利技术的一种优选方案，所述金刚石功率器件由下而上依次设有第一衬底层、沟道层和第一栅介质层，所述沟道层的上侧表面设有第一源极金属和第一漏极金属，所述第一栅介质层的上侧表面设有第一栅极金属；所述氮化镓功率器件由下而上依次设有阴极金属、第二衬底层、n型氮化镓层、p型氮化镓层和阳极金属；所述阴极金属通过键合连接层与第一漏极金属相连接实现器件集成，所述键合连接层下侧表面与第一衬底层上侧表面接触，所述键合连接层上侧表面与阴极金属接触，所述键合连接层下侧表面与第一漏极金属上侧表面接触。
6、作为本专利技术的一种优选方案，所述金刚石功率器件由下而上依次设有第一衬底层、沟道层和第一栅介质层，所述沟道层的上侧表面设有第一源极金属和第一漏极金属，所述第一栅介质层的上侧表面设有第一栅极金属；所述氮化镓功率器件由下而上依次设有阴极金属、第二衬底层、第一n型氮化镓层和阳极金属；所述阴极金属通过键合连接层与第一漏极金属相连接实现器件集成，所述键合连接层下侧表面与第一衬底层上侧表面接触，所述键合连接层上侧表面与阴极金属接触，所述键合连接层下侧表面与第一漏极金属上侧表面接触。
7、作为本专利技术的一种优选方案，所述金刚石功率器件由下而上依次设有第一衬底层、沟道层和第一栅介质层，所述沟道层的上侧表面设有第一源极金属和第一漏极金属，所述第一栅介质层的上侧表面设有第一栅极金属；所述氮化镓功率器件由下而上依次设有阳极金属、p型氮化镓层、第一n型氮化镓层、第二衬底层和阴极金属；所述阳极金属通过键合连接层与第一漏极金属相连接实现器件集成，所述键合连接层下侧表面与第一衬底层上侧表面接触，所述键合连接层上侧表面与阳极金属接触，所述键合连接层下侧表面与第一源极金属上侧表面接触。
8、作为本专利技术的一种优选方案，所述金刚石功率器件由下而上依次设有第一衬底层、沟道层和第一栅介质层，所述沟道层的上侧表面设有第一源极金属和第一漏极金属，所述第一栅介质层的上侧表面设有第一栅极金属；所述氮化镓功率器件由下而上依次设有阳极金属、第一n型氮化镓层、第二衬底层和阴极金属；所述阳极金属通过键合连接层与第一漏极金属相连接实现器件集成，所述键合连接层下侧表面与第一衬底层上侧表面接触，所述键合连接层上侧表面与阳极金属接触，所述键合连接层下侧表面与第一源极金属上侧表面接触。
9、作为本专利技术的一种优选方案，所述金刚石功率器件由下而上依次设有第一衬底层、沟道层和第一栅介质层，所述沟道层的上侧表面设有第一源极金属和第一漏极金属，所述第一栅介质层的上侧表面设有第一栅极金属；所述氮化镓功率器件由下而上依次设有第二衬底层、第一n型氮化镓层、p型氮化镓层、第二n型氮化镓层、第二栅介质层、第二栅极金属和第二源极金属；所述第一n型氮化镓层、p型氮化镓层和第二n型氮化镓层上设有用于承载第二栅介质层以及第二栅极金属的栅极凹陷部，所述p型氮化镓层和第二n型氮化镓层上设有用于承载第二源极金属的源极凹陷部；所述第二栅介质层下侧表面与第一n型氮化镓层、p型氮化镓层和第二n型氮化镓层凹陷部上侧表面接触，所述第二栅极金属下侧表面与第二栅介质层上侧表面接触，所述第二源极金属下侧表面与p型氮化镓层、第二n型氮化镓层源极凹陷部上侧表面接触；还设有键合连接层，所述键合连接层靠近第一漏极金属，所述第二衬底层下侧表面与键合连接层上侧表面接触，所述键合连接层下侧表面与第一衬底层上侧表面接触，所述第一衬底层通过键合连接层与第二衬底层相连接实现器件集成。
10、作为本专利技术的一种优选方案，所述金刚石功率器件由下而上依次设有第一衬底层、沟道层和第一栅介质本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种宽禁带半导体集成功率模块，包括：金刚石功率器件和氮化镓功率器件，其特征在于所述金刚石功率器件和氮化镓功率器件以键合方式集成形成功率模块。
2.根据权利要求1所述的一种宽禁带半导体集成功率模块，其特征在于，所述金刚石功率器件由下而上依次设有第一衬底层、沟道层和第一栅介质层，所述沟道层上侧表面两端分别设有第一源极金属和第一漏极金属，所述第一栅介质层的上侧表面设有第一栅极金属，所述栅极金属接近第一源极金属；所述氮化镓功率器件由下而上依次设有第二漏极金属、第二衬底层、第一N型氮化镓层、P型氮化镓层、第二N型氮化镓层、第二栅极介质层、第二栅极金属和第二源极金属；所述第一N型氮化镓层、P型氮化镓层和第二N型氮化镓层上设有用于承载第二栅极介质层以及第二栅极金属的栅极凹陷部，所述P型氮化镓层和第二N型氮化镓层上设有用于承载第二源极金属的源极凹陷部；所述第二栅极介质层下侧表面与第一N型氮化镓层、P型氮化镓层和第二N型氮化镓层栅极凹陷部上侧表面接触，所述第二栅极金属下侧表面与第二栅介质层上侧表面接触，所述第二源极金属下侧表面与P型氮化镓层和第二N型氮化镓层源极凹陷部上侧表面接触；
3.根据权利要求1所述的一种宽禁带半导体集成功率模块，其特征在于，所述金刚石功率器件由下而上依次设有第一衬底层、沟道层和第一栅介质层，所述沟道层上侧表面两端分别设有第一源极金属和第一漏极金属，所述第一栅介质层的上侧表面设有第一栅极金属，所述栅极金属接近第一源极金属；所述氮化镓功率器件由下而上依次设有阴极金属、第二衬底层、第一N型氮化镓层、P型氮化镓层和阳极金属；还包括键合连接层，所述键合连接层靠近第一漏极金属，所述键合连接层下侧表面与第一衬底层上侧表面接触，所述键合连接层上侧表面与阴极金属接触。
4.根据权利要求1所述的一种宽禁带半导体集成功率模块，其特征在于，所述金刚石功率器件由下而上依次设有第一衬底层、沟道层和第一栅介质层，所述沟道层上侧表面两端分别设有第一源极金属和第一漏极金属，所述第一栅介质层的上侧表面设有第一栅极金属，所述栅极金属接近第一源极金属；所述氮化镓功率器件由下而上依次设有阴极金属、第二衬底层、第一N型氮化镓层和阳极金属；还包括键合连接层，所述键合连接层靠近第一漏极金属，所述键合连接层下侧表面与第一衬底层上侧表面接触，所述键合连接层上侧表面与阴极金属接触。
5.根据权利要求1所述的一种宽禁带半导体集成功率模块，其特征在于，所述金刚石功率器件由下而上依次设有第一衬底层、沟道层和第一栅介质层，所述沟道层上侧表面两端分别设有第一源极金属和第一漏极金属，所述第一栅介质层的上侧表面设有第一栅极金属，所述栅极金属接近第一源极金属；所述氮化镓功率器件由下而上依次设有阳极金属、P型氮化镓层、第一N型氮化镓层、第二衬底层和阴极金属；还包括键合连接层，所述键合连接层靠近第一源极金属，所述键合连接层下侧表面与第一衬底层上侧表面接触，所述键合连接层上侧表面与阳极金属接触。
6.根据权利要求1所述的一种宽禁带半导体集成功率模块，其特征在于，所述金刚石功率器件由下而上依次设有第一衬底层、沟道层和第一栅介质层，所述沟道层的上侧表面设有第一源极金属和第一漏极金属，所述第一栅介质层的上侧表面设有第一栅极金属；所述氮化镓功率器件由下而上依次设有阳极金属、第一N型氮化镓层、第二衬底层和阴极金属；还包括键合连接层，所述键合连接层靠近第一源极金属，所述键合连接层下侧表面与第一衬底层上侧表面接触，所述键合连接层上侧表面与阳极金属接触。
7.根据权利要求2-6任一项所述的一种宽禁带半导体集成功率模块，其特征在于所述第二漏极金属或阴极金属长度为0，厚度为0；所述键合连接层靠近第一漏极金属或第一源极金属，所述第一漏极金属或第一源极金属表面与第二衬底层或P型氮化镓层或第一N型氮化镓层表面接触实现器件集成，所述第二衬底层或P型氮化镓层或第一N型氮化镓层下侧表面与键合连接层上侧表面接触，所述键合连接层下侧表面与第一衬底层上侧表面接触。
8.根据权利要求2-6任一项所述的一种宽禁带半导体集成功率模块，其特征在于还包括表面键合处理层，所述键合连接层长度为0，厚度为0，所述与键合连接层接触的第二漏极金属或阳极金属或阴极金属长度为0，厚度为0；所述表面键合处理层靠近第一漏极金属或第一源极金属，所述第一漏极金属或第一源极金属表面与第二衬底层或P型氮化镓层或第一N型氮化镓层表面接触实现器件集成，所述表面键合处理层上侧表面与第二衬底层或P型氮化镓层或第一N型氮化镓层下侧表面接触。
...【技术特征摘要】
1.一种宽禁带半导体集成功率模块，包括：金刚石功率器件和氮化镓功率器件，其特征在于所述金刚石功率器件和氮化镓功率器件以键合方式集成形成功率模块。
2.根据权利要求1所述的一种宽禁带半导体集成功率模块，其特征在于，所述金刚石功率器件由下而上依次设有第一衬底层、沟道层和第一栅介质层，所述沟道层上侧表面两端分别设有第一源极金属和第一漏极金属，所述第一栅介质层的上侧表面设有第一栅极金属，所述栅极金属接近第一源极金属；所述氮化镓功率器件由下而上依次设有第二漏极金属、第二衬底层、第一n型氮化镓层、p型氮化镓层、第二n型氮化镓层、第二栅极介质层、第二栅极金属和第二源极金属；所述第一n型氮化镓层、p型氮化镓层和第二n型氮化镓层上设有用于承载第二栅极介质层以及第二栅极金属的栅极凹陷部，所述p型氮化镓层和第二n型氮化镓层上设有用于承载第二源极金属的源极凹陷部；所述第二栅极介质层下侧表面与第一n型氮化镓层、p型氮化镓层和第二n型氮化镓层栅极凹陷部上侧表面接触，所述第二栅极金属下侧表面与第二栅介质层上侧表面接触，所述第二源极金属下侧表面与p型氮化镓层和第二n型氮化镓层源极凹陷部上侧表面接触；还包括键合连接层，所述键合连接层靠近第一漏极金属，所述键合连接层下侧表面与第一衬底层上侧表面接触，所述键合连接层上侧表面与第二漏极金属接触。
3.根据权利要求1所述的一种宽禁带半导体集成功率模块，其特征在于，所述金刚石功率器件由下而上依次设有第一衬底层、沟道层和第一栅介质层，所述沟道层上侧表面两端分别设有第一源极金属和第一漏极金属，所述第一栅介质层的上侧表面设有第一栅极金属，所述栅极金属接近第一源极金属；所述氮化镓功率器件由下而上依次设有阴极金属、第二衬底层、第一n型氮化镓层、p型氮化镓层和阳极金属；还包括键合连接层，所述键合连接层靠近第一漏极金属，所述键合连接层下侧表面与第一衬底层上侧表面接触，所述键合连接层上侧表面与阴极金属接触。
4.根据权利要求1所述的一种宽禁带半导体集成功率模块，其特征在于，所述金刚石功率器件由下而上依次设有第一衬底层、沟道层和第一栅介质层，所述沟道层上侧表面两端分别设有第一源极金属和第一漏极金属，所述第一栅介质层的上侧表面设有第一栅极金属，所述栅极金属接近第一源极金属；所述氮化镓功率器件由下而上依次设有阴极金属、第二衬底层、第一n型氮化镓层和阳极金属；还包括键合连接层，所述键合连接层靠近第一漏极金属，所述键合连接层下侧表面与第一衬底层上侧表面接触，所述键合连接层上侧表面与阴极金属接触。
5.根据权利要求1所述的一种宽禁带半导体集成功率模块...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨树，唐曦，韩在天，尹玉莲，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。