一种氮化镓双向开关器件及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种氮化镓双向开关器件及其制备方法。

背景技术：

1、在电力电子应用中，氮化镓(gan)功率器件因其禁带宽度大，功率密度高等优点，正逐渐取代传统的硅(si)器件。特别是在交流-交流变换(ac to ac matrix converter)领域，氮化镓双向开关器件的应用日益广泛。

2、目前，氮化镓双向开关器件为获得更高耐压和更好的动态性能，通常采用在源极堆叠一层或多层金属场板，虽然在一定程度上能够实现对漂移区电场的有效调制，提高氮化镓功率器件的耐压和动态性能，但同时也引入了不期望的寄生电容，引入的寄生电容会增加氮化镓功率器件的功耗，影响氮化镓功率器件的整体性能。

技术实现思路

1、本发明为减小氮化镓双向开关器件引入的寄生电容的问题，提供一种氮化镓双向开关器件及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提供一种氮化镓双向开关器件，包括：

3、衬底、位于所述衬底表面的gan层、位于所述gan层表面的势垒层；

4、位于所述势垒层表面的第一栅极、第二栅极、第一源极、第二源极，所述第一栅极位于所述第一源极和所述第二栅极之间，所述第二栅极位于所述第一栅极和所述第二源极之间；

5、金属场板结构，所述金属场板结构位于所述第一源极、所述第二源极之间的所述势垒层的上方，所述金属场板结构的一端通过第一二极管结构与所述第一源极相连，所述金属场板结构的另一端通过第二二极管结构与所述第二源极相连，其中，所述第一二极管结构的正极与所述金属场板结构的一端相连，所述第一二极管结构负极的一端与所述第一源极相连，所述第二二极管结构的正极与所述金属场板结构的另一端相连，所述第二二极管结构负极的一端与所述第二源极相连。

6、可选的，所述金属场板结构位于所述第一栅极、所述第二栅极之间的所述势垒层的上方。

7、可选的，金属场板结构包括：一层金属场板、多层金属场板并联、多段金属场板串联其中的一种。

8、可选的，所述第一二极管结构的正极与所述金属场板结构的一端相连，所述第一二极管结构的负极与所述第一源极相连；所述第二二极管结构的正极与所述金属场板结构另一端相连，所述第二二极管结构的负极与所述第二源极相连。

9、可选的，第一二极管结构包括：二极管、二极管串或者等效二极管其中的一种；所述第二二极管结构为二极管、二极管串或者等效二极管其中的一种。

10、可选的，所述第一二极管结构和所述第二二极管结构相同。

11、可选的，所述第一栅极包括第一栅极p-gan层和第一栅极金属场板，所述第一栅极金属场板位于所述第一栅极p-gan层的表面，所述第一栅极金属场板的宽度大于所述第一栅极p-gan层的宽度；

12、所述第二栅极包括第二栅极p-gan层和第二栅极金属场板，所述第二栅极金属场板位于所述第二栅极p-gan层的表面，所述第二栅极金属场板的宽度大于所述第二栅极p-gan层的宽度。

13、本发明还提供一种氮化镓双向开关器件制备方法，包括：

14、提供衬底；

15、在所述衬底表面依次形成gan层、势垒层；

16、在所述势垒层表面形成第一栅极、第二栅极、第一源极、第二源极，所述第一栅极位于所述第一源极和所述第二栅极之间，所述第二栅极位于所述第一栅极和所述第二源极之间；

17、在所述第一源极、第二源极之间的所述势垒层上方形成金属场板结构，所述金属场板结构的一端用于连接第一二极管结构，所述金属场板结构的另一端用于连接第二二极管结构，所述第一二极管结构的正极与所述金属场板结构的一端相连，所述第一二极管结构负极的一端与所述第一源极相连，所述第二二极管结构的正极与所述金属场板结构的另一端相连，所述第二二极管结构负极的一端与所述第二源极相连。

18、可选的，所述第一栅极包括第一栅极p-gan层和第一栅极金属场板，所述第一栅极金属场板形成于所述第一栅极p-gan层的表面，所述第一栅极金属场板的宽度大于所述第一栅极p-gan层的宽度；

19、所述第二栅极包括第二栅极p-gan层和第二栅极金属场板，所述第二栅极金属场板形成于所述第二栅极p-gan层的表面，所述第二栅极金属场板的宽度大于所述第二栅极p-gan层的宽度。

20、可选的，所述第一二极管结构和所述第二二极管结构于同一氮化镓工艺平台集成制备或者单独制备，或者所述第一二极管结构和所述第二二极管结构为分立器件。

21、综上所述，本发明的优点及有益效果为：

22、本发明提供一种氮化镓双向开关器件及其制备方法。氮化镓双向开关器件包括：衬底、位于所述衬底表面的gan层、位于所述gan层表面的势垒层；

23、位于所述势垒层表面的第一栅极、第二栅极、第一源极、第二源极，所述第一栅极位于所述第一源极和所述第二栅极之间，所述第二栅极位于所述第一栅极和所述第二源极之间；金属场板结构，所述金属场板结构位于所述第一源极、所述第二源极之间的所述势垒层的上方，所述金属场板结构的一端通过第一二极管结构与所述第一源极相连，所述金属场板结构的另一端通过第二二极管结构与所述第二源极相连，其中，所述第一二极管结构的正极与所述金属场板结构的一端相连，所述第一二极管结构负极的一端与所述第一源极相连，所述第二二极管结构的正极与所述金属场板结构的另一端相连，所述第二二极管结构负极的一端与所述第二源极相连。

24、本方法通过所述第一二极管结构、所述第二二极管结构将所述金属场板结构与第一源极和第二源极相连，当所述第一源极接高电位或者所述第二源极接高电位时，通过所述第一二极管结构和所述第二二极管结构的截止或者导通，使得所述金属场板结构可以相对应的与所述第二源极或者所述第一源极相连接，使得所述金属场板结构具有电压跟随的功能，即金属场板结构总是能通过所述第一二极管结构和所述第二二极管结构的导通或者截止，能够与低电位端的所述第一源极或者所述第二源极相连接，实现所述第一源极和所述第二源极共用金属场板结构，满足不同情况下对所述氮化镓双向开关器件的漂移区电场的调制，相较于传统场板结构，提高了氮化镓双向开关器件的灵活性和适应性。并且在未增加额外工艺的情况下，通过共用金属场板结构，有效降低金属场板结构的面积，从而降低氮化镓双向开关器件由于简单的叠加金属场板所引入的寄生电容，从而降低氮化镓双向开关器件的功耗，提升氮化镓双向开关器件的整体性能。

技术特征：

1.一种氮化镓双向开关器件，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种氮化镓双向开关器件，其特征在于，所述金属场板结构位于所述第一栅极、所述第二栅极之间的所述势垒层的上方。

3.如权利要求1所述的一种氮化镓双向开关器件，其特征在于，金属场板结构包括：一层金属场板、多层金属场板并联、多段金属场板串联其中的一种。

4.如权利要求1所述的一种氮化镓双向开关器件，其特征在于，所述第一二极管结构的正极与所述金属场板结构的一端相连，所述第一二极管结构的负极与所述第一源极相连；所述第二二极管结构的正极与所述金属场板结构另一端相连，所述第二二极管结构的负极与所述第二源极相连。

5.如权利要求1所述的一种氮化镓双向开关器件，其特征在于，第一二极管结构包括：二极管、二极管串或者等效二极管其中的一种；所述第二二极管结构为二极管、二极管串或者等效二极管其中的一种。

6.如权利要求1所述的一种氮化镓双向开关器件，其特征在于，所述第一二极管结构和所述第二二极管结构相同。

7.如权利要求1所述的一种氮化镓双向开关器件，其特征在于，所述第一栅极包括第一栅极p-gan层和第一栅极金属场板，所述第一栅极金属场板位于所述第一栅极p-gan层的表面，所述第一栅极金属场板的宽度大于所述第一栅极p-gan层的宽度；

8.一种氮化镓双向开关器件制备方法，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的一种氮化镓双向开关器件制备方法，其特征在于，所述第一栅极包括第一栅极p-gan层和第一栅极金属场板，所述第一栅极金属场板形成于所述第一栅极p-gan层的表面，所述第一栅极金属场板的宽度大于所述第一栅极p-gan层的宽度；

10.如权利要求8所述的一种氮化镓双向开关器件制备方法，其特征在于，所述第一二极管结构和所述第二二极管结构于同一氮化镓工艺平台集成制备或者单独制备，或者所述第一二极管结构和所述第二二极管结构为分立器件。

技术总结本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种氮化镓双向开关器件及其制备方法。一种氮化镓双向开关器件通过第一二极管结构、第二二极管结构将金属场板结构与第一源极和第二源极相连，当第一源极接高电位或者第二源极接高电位时，通过第一二极管结构和第二二极管结构的截止或者导通，使得金属场板结构可以相对应的与第二源极或者第一源极相连接，使得金属场板结构具有电压跟随的功能，实现上述第一源极和第二源极共用金属场板结构，满足不同情况下对氮化镓双向开关器件的漂移区电场的调制，提高了氮化镓双向开关器件的灵活性和适应性。并且通过共用金属场板结构，有效降低金属场板结构的面积，从而降低寄生电容和功耗，提升性能。技术研发人员：董志文,李茂林,施雯,唐高飞,蒋其梦,银发友受保护的技术使用者：杭州云镓半导体科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27