一种纵向GaN HEMT功率器件.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115332335A(43)申请公布日2022.11.11(21)申请号202211033012.5(22)申请日2022.08.26(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人李泽宏叶钰麒赵一尚任敏(74)专利代理机构成都点睛专利代理事务所(普通合伙)51232专利代理师敖欢(51)Int.Cl.H01L29/778(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图5页(54)发明名称一种纵向GaNHEMT功率器件(57)摘要本发明属于功率半导体技术领域，具体为一种纵向结构的GaNHEMT功率器件，包括AlN成核层、重掺杂AlGaN或GaN缓冲层、轻掺杂GaN沟道层、AlGaN势垒层、肖特基接触栅极、Mg掺杂的P‑GaN盖帽层、金属化漏极、GaN电流沉降层、SiO2隔离层、源级场板、P型掺杂Si衬底、金属化源极；本发明通过AlGaN势垒层和GaN沟道层产生的高浓度的二维电子气，通过GaN电流沉降层将电流转为纵向，同时金属源级场板能够有效的优化表面电场、降低电流塌陷的问题提升可靠性。改变了传统横向的GaN受制于电流塌陷等问题。其兼具低导通电阻、高可靠性、高电流密度以及大电流能力等优点。CN115332335ACN115332335A权利要求书1/2页1.一种纵向GaNHEMT功率器件，其特征在于：包括AlN成核层(1)、位于AlN成核层(1)上的重掺杂AlGaN或GaN缓冲层(2)、位于所述重掺杂AlGaN或GaN缓冲层(2)上的轻掺杂GaN沟道层(3)、位于所述轻掺杂GaN沟道层(3)上的AlGaN势垒层(4)；还包括位于所述AlN成核层(1)、重掺杂AlGaN或GaN缓冲层(2)、轻掺杂GaN沟道层(3)侧面的GaN电流沉降层(8)，位于所述GaN电流沉降层(8)上的源级场板(10)，源级场板(10)延伸至Si3N4钝化层(9)上方、以及Si3N4钝化层(9)和金属化漏极(7)之间的AlGaN势垒层(4)上方，位于所述GaN电流沉降层(8)下方的金属化源极(12)，位于所述金属化源极(12)和AlN成核层(1)之间的P型掺杂Si衬底(11)；还包括位于所述AlGaN势垒层(4)上的Mg掺杂的P‑GaN盖帽层(6)；位于所述Mg掺杂的P‑GaN盖帽层(6)上的肖特基接触栅极(5)；位于肖特基接触栅极(5)和金属化漏极(7)之间且AlGaN势垒层(4)之上的Si3N4钝化层(9)；所述金属化漏极(7)和轻掺杂GaN沟道层(3)形成欧姆接触。2.根据权利要求1所述的一种纵向GaNHEMT功率器件，其特征在于：所述金属化漏极(7)、轻掺杂GaN沟道层(3)、GaN电流沉降层(8)、金属化源极(12)用于实现半导体器件的正向导通，正向导通时：正栅压使得沟道二维电子气形成，通过GaN电流沉降层时，源漏处的电势差会使得电流垂直流向金属化源极(12)处，源级场板用于优化表面电场，解决电流塌陷的问题。3.一种纵向GaNHEMT功率器件，包括AlN成核层(1)、位于成核层(1)上的重掺杂AlGaN或GaN缓冲层(2)、位于所述重掺杂的AlGaN或GaN缓冲层(2)上的轻掺杂GaN沟道层(3)、位于所述轻掺杂的GaN沟道层(3)上的AlGaN势垒层(4)；还包括位于所述AlN成核层(1)、重掺杂AlGaN或GaN的缓冲层(2)、轻掺杂GaN沟道层(3)侧面的GaN的电流沉降层(8)，位于所述GaN电流沉降层(8)上的Si3N4钝化层(9)，位于所述GaN电流沉降层(8)下的金属化漏级(7)，位于所述金属化漏级(7)和AlN成核层(1)之间的P型掺杂Si衬底(11)；还包括位于所述AlGaN势垒层(4)上的Mg掺杂的P‑GaN盖帽层(6)；位于所述Mg掺杂的P‑GaN盖帽层(6)上的肖特基接触栅极(5)；位于所述肖特基接触栅极(5)和AlGaN势垒层(4)之上的Si3N4钝化层(9)，其中所述的金属化源级(12)和轻掺杂GaN沟道层(3)形成欧姆接触；金属化源级(12)沿Si3N4钝化层(9)表面覆盖且延伸到轻掺杂GaN沟道层(3)、AlGaN势垒层(4)所产生的二维电子气的区域；其特征在于：所述金属化漏极(7)、轻掺杂GaN沟道层(3)、GaN电流沉降层(8)、金属化源极(12)用于实现半导体器件的正向导通，正向导通时：正栅压使得沟道二维电子气形成，通过GaN电流沉降层时，由于电势差会使得电流垂直流向金属化源极(12)处。4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种纵向GaNHEMT功率器件，其特征在于：轻掺杂GaN沟道层(3)的掺杂浓度在1015‑1016cm‑3量级，二维电子气2‑DEG浓度区域在GaNChannel层4nm‑5n