[发明专利]基于阵列条的增强型开关晶体管及其制作方法

说明书

本发明公开了一种基于阵列条的增强型开关晶体管及其制作方法，主要解决现有氮化镓基增强型开关晶体管存在电流崩塌问题，其自下而上包括：衬底(1)、过渡层(2)、势垒层(3)，势垒层(3)上从左到右依次设有源极(6)、P‑GaN栅(4)、调制电极(5)、漏极(7)，P‑GaN栅(4)上部淀积有栅金属(8)；调制电极(5)由下部的阵列条(51)与上部的条金属(52)构成，该阵列条(51)由m个等间距且平行排列的隔离条组成，每个隔离条的厚度均小于或等于P‑GaN栅(4)的厚度；该条金属(52)与漏极(7)电气连接。本发明能有效抑制电流崩塌，且制作工艺简单，可作为功率开关器件。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种基于阵列条的增强型开关晶体管，可用于作为电力电子系统的基本器件。

技术背景

当前，大力研发高性能、高可靠性的功率开关器件，以显著提升电力电子系统的效率和整体性能，是助力节能减排和绿色发展战略实施的有效途径之一。传统的硅基功率开关器件由于受到硅材料本身的限制，其性能已趋近理论极限，不能满足下一代电力电子系统对高温、高压、高频、高效和高功率密度的要求。而氮化镓基功率开关器件，特别是基于P型帽层GaN基异质结结构的高电子迁移率晶体管，即GaN基增强型开关晶体管，凭借氮化镓材料的大禁带宽度、高饱和电子漂移速度、强击穿电场、化学性质稳定等特点，可实现更低导通电阻、更快开关速度、更高击穿电压等特性，从而显著提升电力电子系统的性能和可靠性。因此，高性能、高可靠性GaN基增强型开关晶体管在国民经济与军事领域具有非常广阔和特殊的应用前景。

传统GaN基增强型开关晶体管是基于GaN基异质结结构，其包括：衬底1、过渡层2、势垒层3、P-GaN栅4、源极5、漏极6、栅金属7；势垒层3上部左侧淀积有源极5，势垒层3上部右侧淀积有漏极6，势垒层3上部中间部分淀积有P-GaN栅4，P-GaN栅4上部淀积有栅金属7，如图1所示。

然而，在传统GaN基增强型开关晶体管中，器件表面和体内往往存在大量缺陷，容易导致器件开关工作时，产生严重的电流崩塌，进而导致器件可靠性和输出功率特性退化，参见Effects of hole traps on the temperature dependence of current collapsein a normally-OFF gate-injection transistor,Japanese Journal of AppliedPhysics,55(5),2016。在传统GaN基增强型开关晶体管中，采用场板技术可以抑制器件开关工作时的电流崩塌，参见Reducing dynamic on-resistance of p-GaN gate HEMTs usingdual field plate configurations,2020 IEEE International Symposium on thePhysical and Failure Analysis of Integrated Circuits(IPFA),pp.1-4,2020。但采用场板技术的GaN基增强型开关晶体管的制造工艺较为复杂，器件制造成品率较低，导致制造成本较高。此外，采用场板技术还会增加器件的寄生电容，从而衰减器件的频率特性。因此，研发工艺简单且抑制电流崩塌能力强的高性能GaN基增强型开关晶体管非常必要、迫切。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于阵列条的增强型开关晶体管及其制作方法，以有效抑制电流崩塌现象，显著提高器件的可靠性和功率特性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

1.一种基于阵列条的增强型开关晶体管，自下而上包括：衬底1、过渡层2和势垒层3，势垒层3上部设有P-GaN栅4，P-GaN栅4上部淀积有栅金属8，势垒层3的上部左、右侧边缘分别设有源极6和漏极7，其特征在于：

所述P-GaN栅4与漏极7之间的势垒层3上设有调制电极5，该调制电极5由下部的阵列条51与上部的条金属52构成；