【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于功率半導(dǎo)體，尤其是涉及一種具有雪崩過流能力的新型gan功率半導(dǎo)體器件。
技術(shù)介紹
1、現(xiàn)代社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)于電能的利用要求越來越高，希望對(duì)電能的利用率越高越好。在能量轉(zhuǎn)化中，功率半導(dǎo)體具有非常重要的作用。目前，半導(dǎo)體功率器件已經(jīng)深入到我們的日常生活中，大大改善了我們的生活品質(zhì)和生活質(zhì)量。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于gan器件的應(yīng)用越來越豐富有，例如氮化鎵高電子遷移率場效應(yīng)晶體管(gan?hemt)已經(jīng)成為許多高頻、高功率應(yīng)用中的關(guān)鍵元件，其優(yōu)異的特性，如高頻率響應(yīng)、低導(dǎo)通損耗和高功率密度，使得gan器件在射頻功率放大器、逆變器和電源系統(tǒng)等領(lǐng)域中備受青睞。
2、然而，盡管gan?hemt器件在高頻率、高功率和高溫環(huán)境下表現(xiàn)出了卓越的性能，但其缺乏雪崩能力可能會(huì)在某些應(yīng)用中顯露出劣勢(shì)。與硅基器件和碳化硅基器件相比，ganhemt器件在面對(duì)突發(fā)的高能量電壓脈沖時(shí)可能會(huì)更容易受到損壞，功率器件是否具有雪崩能力直接影響其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和性能，最典型的即使在非鉗位感性負(fù)載開關(guān)(uis)過程中，在uis測試中，硅基器件通常具有較高的雪崩耐量，這使得硅基器件在高電壓下保持穩(wěn)定，硅基器件的擊穿電壓相對(duì)較高，因此在uis測試等高能量、高電壓條件下，硅基器件能夠更好地抵御電感負(fù)載的反沖電壓，保護(hù)器件不受損壞，而gan?hemt器件幾乎無雪崩耐量可能會(huì)導(dǎo)致器件在測試過程中或?qū)嶋H應(yīng)用中失效，從而影響系統(tǒng)的運(yùn)行。其次，ganhemt器件幾乎不具備雪崩能力可能限制了其在一些高功率、高壓力和復(fù)雜負(fù)載環(huán)境中的應(yīng)用，
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)上述問題，本專利技術(shù)提出了一種具有雪崩過流能力的新型gan功率半導(dǎo)體器件，該新型gan功率半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)可簡單描述為在橫向gan結(jié)構(gòu)的溝道下方放置垂直gan結(jié)構(gòu)，正常導(dǎo)通情況下其使用與gan?hemt器件無異，均通過橫向gan結(jié)構(gòu)導(dǎo)電，耐壓情況下該新型gan功率半導(dǎo)體器件可以利用下方垂直gan結(jié)構(gòu)的雪崩效應(yīng)實(shí)現(xiàn)該新型gan功率半導(dǎo)體器件的雪崩效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)器件在發(fā)生擊穿時(shí)電流通過下方垂直gan結(jié)構(gòu)泄放掉，該新型gan功率半導(dǎo)體器件將橫向gan結(jié)構(gòu)與垂直gan結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)集合在一個(gè)器件中。
2、本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：
3、一種具有雪崩過流能力的新型gan功率半導(dǎo)體器件，包括從下至上依次層疊設(shè)置的襯底層1、緩沖層2、gan?buffer層3、n+型gan層4、n-型gan層5、p+型gan層6、非故意摻雜的gan勢(shì)壘層7和algan勢(shì)壘層8；其中非故意摻雜的gan溝道層7與algan勢(shì)壘層8形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，n+型gan層4、n-型gan層5與p+型gan層6組成垂直gan結(jié)構(gòu)；在所述algan勢(shì)壘層8上表面的一端到另一端依次具有第一金屬10、p型gan材料層9和第二金屬11，所述gan勢(shì)壘層7和algan勢(shì)壘層8的橫向?qū)挾认嗟炔⑿∮趎-型gan層5和p+型gan層6的橫向?qū)挾?，n-型gan層5和p+型gan層6的橫向?qū)挾认嗟炔⑿∮趎+型gan層4的橫向?qū)挾?，n+型gan層4的橫向?qū)挾刃∮谝r底層1、緩沖層2和gan?buffer層3的橫向?qū)挾龋辉诘诙饘?1一側(cè)，n-型gan層5、p+型gan層6、gan勢(shì)壘層7和algan勢(shì)壘層8的端面在器件垂直方向齊平，n+型gan層4在橫向上超出n-型gan層5部分的上表面并遠(yuǎn)離一側(cè)第二金屬11的一側(cè)具有第三金屬12；在第一金屬10一側(cè)，p+型gan層6在橫向上超出gan勢(shì)壘層7部分的上表面并遠(yuǎn)離第一金屬10的一側(cè)具有第四金屬13；在柵極gan材料層9上具有柵極金屬引出柵極16，柵極gan材料層9和柵極金屬16形成肖特基接觸；第一金屬10、第二金屬11、第三金屬12和第四金屬13與半導(dǎo)體材料形成歐姆接觸，并且第一金屬10和第四金屬13相連形成源極15，第二金屬11與第三金屬12相連形成漏極17；源極15、柵極16和漏極17之間的器件上表面，以及gan?buffer層3在橫向方向上超出n+型gan層4兩端的上表面均由鈍化層14覆蓋。
4、進(jìn)一步的，n+型gan層4和p+型gan層6的摻雜濃度大于1e18?cm-3，使得在耐壓時(shí)n+型gan層4和p+型gan層6處于非全耗盡狀態(tài)。
5、進(jìn)一步的，gan?buffer層3、n-型gan層5和非故意摻雜的gan勢(shì)壘層7的厚度需滿足在發(fā)生器件擊穿時(shí)，電流從第三金屬12經(jīng)過n+型gan層4、n-型gan層5和p+型gan層6后到達(dá)第四金屬13，具體厚度要求是n-型gan層5厚度最小，其次非故意摻雜gan層7，gan?buffer層3最厚。
6、進(jìn)一步的，襯底層1采用的材料為碳化硅、藍(lán)寶石或al2o3；所述鈍化層14采用的材料為氮化硅或二氧化硅。
7、本專利技術(shù)的有益效果為，對(duì)比傳統(tǒng)的gan?hemt器件，該新型gan功率半導(dǎo)體器件在反向耐壓發(fā)生擊穿時(shí)，電流優(yōu)先通過由n+型gan層4、n-型gan層5與p+型gan層6組成垂直gan結(jié)構(gòu)泄放，通過上述的垂直gan結(jié)構(gòu)的雪崩擊穿實(shí)現(xiàn)該新型gan功率半導(dǎo)體器件的雪崩擊穿。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種具有雪崩過流能力的新型GaN功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括從下至上依次層疊設(shè)置的襯底層(1)、緩沖層(2)、GaN?Buffer層(3)、N+型GaN層(4)、N-型GaN層(5)、P+型GaN層(6)、非故意摻雜的GaN勢(shì)壘層(7)和AlGaN勢(shì)壘層(8)；其中非故意摻雜的GaN溝道層(7)與AlGaN勢(shì)壘層(8)形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，N+型GaN層(4)、N-型GaN層(5)與P+型GaN層(6)組成垂直GaN結(jié)構(gòu)；在所述AlGaN勢(shì)壘層(8)上表面的一端到另一端依次具有第一金屬(10)、P型GaN材料層(9)和第二金屬(11)，所述GaN勢(shì)壘層(7)和AlGaN勢(shì)壘層(8)的橫向?qū)挾认嗟炔⑿∮贜-型GaN層(5)和P+型GaN層(6)的橫向?qū)挾?，N-型GaN層(5)和P+型GaN層(6)的橫向?qū)挾认嗟炔⑿∮贜+型GaN層(4)的橫向?qū)挾?，N+型GaN層(4)的橫向?qū)挾刃∮谝r底層(1)、緩沖層(2)和GaN?Buffer層(3)的橫向?qū)挾龋辉诘诙饘?11)一側(cè)，N-型GaN層(5)、P+型GaN層(6)、GaN勢(shì)壘層(7)和AlGaN勢(shì)壘層(8)的端面在器件垂直方向齊平
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雪崩過流能力的新型GaN功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，N+型GaN層(4)和P+型GaN層(6)的摻雜濃度大于1e18?cm-3，使得在耐壓時(shí)處于非全耗盡狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雪崩過流能力的新型GaN功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，GaN?Buffer層(3)、N-型GaN層(5)和非故意摻雜的GaN勢(shì)壘層(7)的厚度需滿足在發(fā)生器件擊穿時(shí)，電流從第三金屬(12)經(jīng)過N+型GaN層(4)、N-型GaN層(5)和P+型GaN層(6)后到達(dá)第四金屬(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種具有雪崩過流能力的新型GaN功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，襯底層(1)采用的材料為碳化硅、藍(lán)寶石或Al2O3；所述鈍化層(14)采用的材料為氮化硅或二氧化硅。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種具有雪崩過流能力的新型gan功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括從下至上依次層疊設(shè)置的襯底層(1)、緩沖層(2)、gan?buffer層(3)、n+型gan層(4)、n-型gan層(5)、p+型gan層(6)、非故意摻雜的gan勢(shì)壘層(7)和algan勢(shì)壘層(8)；其中非故意摻雜的gan溝道層(7)與algan勢(shì)壘層(8)形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，n+型gan層(4)、n-型gan層(5)與p+型gan層(6)組成垂直gan結(jié)構(gòu)；在所述algan勢(shì)壘層(8)上表面的一端到另一端依次具有第一金屬(10)、p型gan材料層(9)和第二金屬(11)，所述gan勢(shì)壘層(7)和algan勢(shì)壘層(8)的橫向?qū)挾认嗟炔⑿∮趎-型gan層(5)和p+型gan層(6)的橫向?qū)挾?，n-型gan層(5)和p+型gan層(6)的橫向?qū)挾认嗟炔⑿∮趎+型gan層(4)的橫向?qū)挾?，n+型gan層(4)的橫向?qū)挾刃∮谝r底層(1)、緩沖層(2)和gan?buffer層(3)的橫向?qū)挾?；在第二金?11)一側(cè)，n-型gan層(5)、p+型gan層(6)、gan勢(shì)壘層(7)和algan勢(shì)壘層(8)的端面在器件垂直方向齊平，n+型gan層(4)在橫向上超出n-型gan層(5)部分的上表面并遠(yuǎn)離一側(cè)第二金屬(11)的一側(cè)具有第三金屬(12)；在第一金屬(10)一側(cè)，p+型gan層(6)在橫向上超出gan勢(shì)壘層(7)部分的上表面并遠(yuǎn)離第一金屬(10)的一側(cè)具有第四...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫瑞澤，吳仁杰，王小明，馬云飛，袁文瀚，陳萬軍，張波，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。