[发明专利]氧化镓垂直结构半导体电子器件及其制作方法

说明书

本发明公开了一种氧化镓垂直结构半导体电子器件及其制备方法。所述的氧化镓垂直结构半导体电子器件包括依次设置的缓冲层、电流阻挡层和沟道层，所述电流阻挡层内还分布有经离子注入的方式处理形成的电流通孔，所述沟道层上设置有源极和栅极，所述缓冲层与漏极连接，所述漏极与电流阻挡层相背对设置，所述电流通孔位于栅极下方，所述沟道层与缓冲层经所述电流通孔电连接。本发明提供的氧化镓垂直结构半导体电子器件，结构简单，能够很好的满足了大功率开关的需求，且拥有大的饱和电流、高击穿电压等一系列优势，极大的发挥Ga₂O₃材料特性，使氧化镓垂直结构半导体电子器件在功率半导体电子器件领域发挥更大的作用。

技术领域

本发明特别涉及一种氧化镓垂直结构半导体电子器件及其制作方法，属于半导体器件技术领域。

背景技术

在现代社会中，电力电子技术是实现各种能源与电能转换和利用的核心，也国民经济和国家安全领域的基础和重要支柱，电力电子器件在电力电子技术领域的应用和市场中起着决定性作用，它是弱电控制与强电运行之间的桥梁，是信息技术与先进制造技术，传统和现代产业实现自动化、智能化、节能化、机电一体化的基础支撑。随着高压变频、交流传动机车/动车组、城市轨道交通、电动/混合动力汽车、通讯及新一代数据中心服务器、无线通讯、无人机等无线技术的不断发展，迫切需要更高性能的电力电子器件满足其发展需求。

一般来讲，任何固态能量转换系统都是由电路组成，开关电源作为能量转换的基石，被广泛植入在这些电路中。如果在能量转换领域中把开关器件实现高效节能，能把整个系统的损耗降低，同时还可节省成本。因此，要实现一个零损耗的系统，首先从制作一个零损耗的功率开关开始。而要实现一个零损耗功率开关，关键在于找到一种合适的半导体材料，使得处于开启状态下开关的电阻几乎为零。

当前技术最为成熟的硅(Si)基功率器件已经达到硅材料极限，也更难实现高击穿电压，低导通电阻，大电流，耐高温，小型化的电子器件的需求与发展趋势，新型的超宽带隙半导体(Ga₂O₃)材料与器件相较于传统的半导体材料有很大的优势，特别适用于高压、大功率和高温应用，是电力电子应用最具潜力的材料之一。

目前，场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)主要有两种结构类型的：一是水平式结构器件，二是垂直结构器件(Vertical Field Effect Transistor，主要包括垂直MOSFET和垂直电流孔径晶体管CAVET，Current Aperture Vertical ElectronTransistor)。然而，水平式器件相对于垂直型器件存在如下劣势：水平式结构电子器件在关断状态下，电子可以从半绝缘缓冲层到达漏端，形成缓冲层漏电现象，缓冲层泄漏现象严重会使得漏极电流在较低电压下就已经到达击穿判定的条件。同时，水平式结构电子器件主要依靠栅极与漏极之间的有源区来承受耐压，要获得大的击穿电压，需设计很大的栅极与漏极间距，从而增大了芯片所需的面积，与小型化的需求不符，也不利于降低制作成本。大功率转换应用需要大电流和高电压，采用水平结构设计的芯片既不经济且制备困难。

此外，在水平式器件中高电场区域位于靠近漏极一侧的栅极边缘，由于高电场将电子注入表面存在的陷阱中，从而造成电流的崩塌，这一严重的可靠性问题进一步限制了横向器件在高压领域的应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种氧化镓垂直结构半导体电子器件及其制作方法，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种氧化镓垂直结构半导体电子器件，其包括依次设置的缓冲层、电流阻挡层和沟道层，所述电流阻挡层内还分布有经离子注入的方式处理形成的电流通孔，所述沟道层上设置有源极和栅极，所述缓冲层与漏极连接，所述漏极与电流阻挡层相背对设置，所述电流通孔位于栅极下方，所述沟道层与缓冲层经所述电流通孔电连接。