一种具有集成续流二极管的双异质结GaN HEMT器件.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113594248A(43)申请公布日2021.11.02(21)申请号202110879952.5(22)申请日2021.08.02(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新西区西源大道2006号(72)发明人罗小蓉贾艳江孙涛张成邓思宇魏杰廖德尊郗路凡赵智家(74)专利代理机构成都点睛专利代理事务所(普通合伙)51232代理人孙一峰(51)Int.Cl.H01L29/778(2006.01)H01L29/872(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图5页(54)发明名称一种具有集成续流二极管的双异质结GaNHEMT器件(57)摘要本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种具有集成续流二极管的双异质结GaNHEMT器件。通过嵌入具有极化结的肖特基势垒二极管(SBD)进行反向续流，与外部反向并联续流二极管的器件相比，该结构在降低器件反向导通压降和寄生效应的同时，显著减小了整个器件的面积；在正向阻断状态，AlGaN/GaNHEMT两个异质界面处留下带有正/负电性的固定极化电荷削弱电场尖峰，改善电场集中效应，调制器件漂移区电场，实现漂移区电场近似矩形的分布，提高器件击穿电压；在器件导通状态，利用二维电子气(2DEG)传输电流，降低导通电阻。CN113594248ACN113594248A权利要求书1/1页1.一种具有集成续流二极管的双异质结GaNHEMT器件，包括沿器件垂直方向自下而上依次层叠设置的衬底层(1)、GaN缓冲层(2)、GaN沟道层(3)、势垒层(4)以及顶部GaN层(11)；其特征在于，所述顶部GaN层(11)和势垒层(4)形成异质结，异质结界面产生二维空穴气(2DHG)；所述顶部GaN层(11)两端分别设置有窗口，通过窗口露出势垒层(4)；在一端窗口内，在纵向方向上窗口末端，设置有隔离区(12)，在隔离区(12)之外的窗口内沿横向方向依次有第一导电材料(6)和栅极结构，栅极结构靠近顶部GaN层(11)；所述第一导电材料(6)沿垂直方向向下延伸入势垒层(4)中，且和势垒层(4)的接触为欧姆接触，其引出端为源电极；所述栅极结构与第一导电材料(6)、顶部GaN层(11)之间均有间距；所述顶部GaN层(11)另一端窗口内具有第二导电材料(10)，沿垂直方向向下延伸入势垒层(4)中，且与势垒层(4)的接触为欧姆接触，其表面引出漏电极；所述第二导电材料(10)与顶部GaN层(11)之间有间距；所述顶部GaN层(11)靠近一端窗口的上表面具有第五导电材料(9)，二者形成欧姆接触；在纵向方向上，第三导电材料(8)与顶部GaN层(11)左端窗口并列，且第三导电材料(8)部分覆盖在顶部GaN层(11)上，且所述第三导电材料(8)靠近器件左端的部分沿垂直方向向下延伸，依次贯穿顶部GaN层(11)、势垒层(4)并延伸入GaN沟道层(3)中；所述第三导电材料(8)与半导体材料的接触为肖特基接触，其引出端与源电极连接；所述纵向方向是指同时垂直于器件垂直方向和横向方向的第三维度方向。2.根据权利要求1所述的一种具有集成续流二极管的双异质结GaNHEMT器件，其特征在于，所述栅极结构由位于势垒层(4)之上的P型GaN层(5)及位于P型GaN层(5)之上的第四导电材料(7)构成，且第四导电材料(7)和P型GaN层(5)的接触为肖特基接触；第四导电材料(7)上表面引出栅电极。3.根据权利要求1所述的一种具有集成续流二极管的双异质结GaNHEMT器件，其特征在于，所述栅极结构为MIS槽栅结构，所述MIS槽栅结构自势垒层(4)表面沿垂直方向向下嵌入势垒层(4)中，MIS槽栅结构的底部和侧壁为绝缘栅介质(51)，其与势垒层(4)接触；绝缘栅介质(51)表面覆盖第四导电材料(7)，第四导电材料(7)上表面引出栅电极。4.根据权利要求3所述的一种具有集成续流二极管的双异质结GaNHEMT器件，其特征在于，在器件横向方向上，MIS槽栅结构的绝缘栅介质(51)和第四导电材料(7)向槽两侧表面延伸，形成栅极场板结构，且与第一导电材料(6)、顶部GaN层(11)之间均有间距。5.根据权利要求1所述的一种具有集成续流二极管的双异质结GaNHEMT器件，其特征在于，所述第五导电材料(9)上表面引出端与源电极短接。6.根据权利要求1所述的一种具有集成续流二极管的双异质结GaNHEMT器件，其特征在于，所述第五导电材料(9)上表面引出端与栅电极短接。7.根据权利要求1所述的一种具有集成续流二极管的双异质结GaNHEMT器件，其特征在于，所述势垒层(4)采用的材料为AlN、AlGaN、InGaN、InAlN中的一种或几种的组合，且GaN沟道层(3)和势垒层(4)形成异质结，异质结界面产