CN114823851A - 氮化镓反向导通晶体管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化镓反向导通晶体管，包括自下而上依次为衬底层、缓冲层以及设置在缓冲层上含有一个或多个二维电子气沟道的异质结结构层，异质结结构层上设置有相互分离的源极金属结构层、栅极金属结构层、漏极金属结构层、肖特基接触层；源电极、栅电极、漏电极分别制备在源极金属结构层、栅极金属结构层、漏极金属结构层，肖特基接触层与异质结结构层之间形成有若干离子注入区域，肖特基接触层与异质结结构层环绕离子注入区域之间形成肖特基接触，肖特基接触层与源极金属结构层连接。使用图案化离子注入区域以分配反向电场实现高阻断电压和低泄漏电流，从而使得单一器件具有高反向导电能力和低反向导电压降能力。
Description
技术领域
本发明涉及半导体功率器件技术领域，特别涉及一种氮化镓反向导通晶体管。
背景技术
氮化镓(GaN)，是由氮和镓组成的一种半导体材料，因为其禁带宽度大于2.2eV,又被称为宽禁带半导体材料，在国内也称为第三代半导体材料。GaN具有优异的材料特性，它比硅材料的禁带宽度大3倍、击穿场强高10倍、饱和电子迁移速度大3倍、热导率高2倍；这些性能使得GaN器件比现有硅基IGBT/MOSFET等电力电子器件面积更小，同时由于更耐高压、大电流，GaN器件功率密度更大，因此，功率密度/面积远超硅基器件。此外，由于使用GaN 器件芯片后还减少了周边其他元件的使用，诸如电容、电感、线圈等被动电子元器件比硅基器件搭建的电路方案少的多，进一步缩小电路板的体积。
现有的GaN电力电子器件主要指GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)，由于此类器件没有体二极管(body diode)，所以它在反向导通状态时的电压降非常大，带来了极大的损耗。为了解决这一问题，在功率因数校正等实际应用中通常需要额外使用二极管与GaNHEMT形成反并联以实现续流功能、降低反向导通压降；这样的解决方案不仅占用了更大的电路面积，而且增加了系统的成本。因此，通过优化器件结构在GaNHEMT中单片集成续流二极管就非常具有意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种氮化镓反向导通晶体管，能够在单一器件实现晶体管的反向导通能力，结构简单且易于实现。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种氮化镓反向导通晶体管，包括自下而上依次为衬底层、缓冲层以及设置在所述缓冲层上含有一个或多个二维电子气沟道的异质结结构层，所述异质结结构层上设置有相互分离的源极金属结构层、栅极金属结构层、漏极金属结构层、肖特基接触层；源电极、栅电极、漏电极分别制备在所述源极金属结构层、栅极金属结构层、漏极金属结构层，所述肖特基接触层与所述异质结结构层之间设置有若干离子注入区域，所述肖特基接触层与所述异质结结构层环绕所述离子注入区域之间形成肖特基接触，所述肖特基接触层与所述源极金属结构层连接。
具体的，所述异质结结构层上形成深度上非完全刻蚀和/或空间上非完全刻蚀的相互分离区域，在所述相互分离区域分别设置所述源极金属结构层、所述栅极金属结构层、所述漏极金属结构层。
进一步的，所述源极金属结构层、所述漏极金属结构层与所述异质结结构层之间n型欧姆接触，所述栅极金属结构层与所述异质结结构层之间是欧姆接触或肖特基接触。进一步的，所述栅极金属结构层上还设置有盖层，所述盖层是全P型结构层、N-P型结构层或者P型超晶格结构层。
进一步的，所述离子注入区域与所述肖特基接触层之间还设置有欧姆接触层。具体的，所述欧姆接触层是P型欧姆接触。
可选的，所述欧姆接触层设置在每一所述离子注入区域上，所述欧姆接触层的面积小于等于所述离子注入区域的面积；所述肖特基接触层包覆或者部分覆盖所述欧姆接触层。
进一步的，所述离子注入区域是高阻区域、绝缘区域、半绝缘区域或P型区域。
进一步的，所述离子注入区域是高阻区域、绝缘区域、半绝缘区域或P型区域。
可选的，所述离子注入区域包括多个依次排列的独立几何形状区域，所述肖特基接触层和/或所述欧姆接触层沿着长度方向设置在所述独立几何形状区域。
可选的，所述离子注入区域包括多个依次排列的独立几何形状区域，所述肖特基接触层和/或所述欧姆接触层覆盖在所述独立几何形状区域上。
可选的，所述离子注入区域包括多个依次排列的独立几何形状区域，所述肖特基接触层和/或所述欧姆接触层沿着长度方向一侧部分覆盖在所述独立几何形状区域上。
可选的，所述离子注入区域包括多个依次排列的独立几何形状区域，多个所述肖特基接触层和/或所述欧姆接触层依次部分覆盖在所述独立几何形状区域上。
进一步的，所述异质结结构层、所述源极金属结构层、所述栅极金属结构层、所述漏极金属结构层、所述肖特基接触层上覆盖设置有绝缘介质层，所述肖特基接触层在所述绝缘介质层上延伸连接到所述源极金属结构层，在所述绝缘介质层上对应所述源电极、栅电极、漏电极开设电极窗口。
可选的，所述离子注入区域与所述肖特基接触层接触面之间设置有所述绝缘介质层，所述肖特基接触层与所述异质结结构层在多个所述离子注入区域之间形成肖特基接触。
本发明技术效果：
本发明实施例的氮化镓反向导通晶体管，通过在异质结结构层上设置有相互分离的源极金属结构层、栅极金属结构层、漏极金属结构层、肖特基接触层；源电极、栅电极、漏电极分别制备在源极金属结构层、栅极金属结构层、漏极金属结构层，进一步在肖特基接触层与异质结结构层之间设置有若干离子注入区域，肖特基接触层与异质结结构层环绕离子注入区域之间形成肖特基接触，肖特基接触层通过延伸或者其他连接结构层与源极金属结构层。源电极与肖特基接触层连接，使用图案化离子注入区域形成势垒区，以分配反向电场实现高阻断电压和低泄漏电流，从而使得单一器件具有高反向导电能力和低反向导电压降能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的氮化镓反向导通晶体管主剖视结构图；
图2为本发明的第一种氮化镓反向导通晶体管俯视结构图；
图3为本发明的第一种氮化镓反向导通晶体管沿着A-A截面视图；
图4为本发明的第二种氮化镓反向导通晶体管沿着A-A截面视图；
图5为本发明的第三种氮化镓反向导通晶体管沿着A-A截面视图；
图6为本发明的氮化镓反向导通晶体管主剖视结构图；
图7为本发明的第四种氮化镓反向导通晶体管俯视结构图；
图8为本发明的第四种氮化镓反向导通晶体管沿着B-B截面视图；
图9为本发明的第五种氮化镓反向导通晶体管沿着B-B截面视图；
图10为本发明的第六种氮化镓反向导通晶体管沿着B-B截面视图；
图11为本发明中第一种离子注入区域/第二欧姆接触层的结构形状示意图；
图12为本发明中第二种离子注入区域/第二欧姆接触层的结构形状示意图；
图13为本发明中第三种离子注入区域/第二欧姆接触层的结构形状示意图；
图14为本发明中第四种离子注入区域/第二欧姆接触层的结构形状示意图；
图15为本发明中第五种离子注入区域/第二欧姆接触层的结构形状示意图；
图16为本发明中第六种离子注入区域/第二欧姆接触层的结构形状示意图；
图17为本发明中第七种离子注入区域/第二欧姆接触层的结构形状示意图；
图18为本发明中第八种离子注入区域/第二欧姆接触层的结构形状示意图；
图19为本发明中第九种离子注入区域/第二欧姆接触层的结构形状示意图；
图20为本发明中第十种离子注入区域/第二欧姆接触层的结构形状示意图；
图21为本发明中第十一种离子注入区域/第二欧姆接触层的结构形状示意图；
图22为本发明中第十二种离子注入区域/第二欧姆接触层的结构形状示意图；
图23为本发明中第十三种离子注入区域/第二欧姆接触层的结构形状示意图；
图24为本发明中第十四种离子注入区域/第二欧姆接触层的结构形状示意图；
图25为本发明中第十五种离子注入区域/第二欧姆接触层的结构形状示意图；
图26为本发明的氮化镓反向导通晶体管等效电路原理图；
图27为本发明的氮化镓反向导通晶体管与现有HEMT之间的器件特性比对曲线原理图；
图中，图中，10-衬底层，20-缓冲层，30-沟道层，40-异质结结构层，50-离子注入区域， 60-肖特基接触层，70-绝缘介质层，80-源极金属结构层，90-欧姆接触层，100-栅极金属结构层，110-盖层，120-漏极金属结构层，130-连接结构层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
如图1-10所示，本发明实施例提供了一种氮化镓反向导通晶体管，包括自下而上依次为衬底层10、缓冲层20以及设置在所述缓冲层20上含有一个或多个二维电子气沟道的异质结结构层40，所述异质结结构层40上设置有相互分离的源极金属结构层80、栅极金属结构层 100、漏极金属结构层120、肖特基接触层60；源电极、栅电极、漏电极分别制备在所述源极金属结构层80、栅极金属结构层100、漏极金属结构层120，所述肖特基接触层60与所述异质结结构层40之间设置有若干离子注入区域50，所述肖特基接触层60与所述异质结结构层 40环绕所述离子注入区域50之间形成肖特基接触，所述肖特基接触层60与所述源极金属结构层80连接。
具体的，所述异质结结构层40上形成深度上非完全刻蚀和/或空间上非完全刻蚀的相互分离区域，在所述相互分离区域分别设置所述源极金属结构层80、所述栅极金属结构层100、所述漏极金属结构层120。所述源极金属结构层80、所述漏极金属结构层120与所述异质结结构层40之间n型欧姆接触，所述栅极金属结构层100与所述异质结结构层40之间是欧姆接触或肖特基接触。在形成源极金属结构层80、栅极金属结构层100、漏极金属结构层120 时，一般是先刻蚀异质结结构层40，然后再光刻、蒸镀源极金属结构层80、栅极金属结构层100、漏极金属结构层120；也可以是先刻蚀一部分异质结结构层40，(深度上非完全刻蚀/ 空间上非完全刻蚀两种情况)，然后再光刻、蒸镀源极金属结构层80、栅极金属结构层100。漏极金属结构层120、源极金属结构层80的材料可以但不限于是Ti/A1/Ni/Au，Ti/Al/Ti/Au 或者Ti/Al/Mo/Au中任一种多层金属。
可选的，衬底层10材料可以选自为Si、蓝宝石、SiC和GaN中一种或者多种。
在一些实施例中，衬底层10上通过外延生长等制备方式在衬底层10上形成缓冲层20和 /或沟道层30，可选的，在缓冲层20上进一步制备形成沟道层30，在缓冲层20或沟道层30 上设置异质结构势垒层异质结结构层40；缓冲层20材料包括但不限于低温AlN或低温GaN，所述缓冲层20的厚度为1nm～100um。沟道层30材料为GaN或者AlGaN，所述沟道层30的厚度为0nm～100um。
可选的，在一些实施例中，所述缓冲层20上还可以设置沟道层30，在沟道层30上设置异质结结构层40；沟道层30材料为GaN或者AlGaN，所述沟道层30的厚度为50nm～10um。
具体的，该异质结结构层40具有一个或多个二维电子气通道。异质结结构层40的材料可以选自A1GaN、InAlN、A1N、InN和InGaN中一种或多种，或者其他III-V族化合物体系构建，厚度为5nm～50nm。
可选的，所述栅极金属结构层100上还设置有盖层110，所述盖层110是全P型结构层、 N-P型结构层或者P型超晶格结构层。N-P型结构层中P型结和N型结的顺序不限定，可以包括但不限于“上P下N”或者“上N下P”。栅极金属结构层100材料可以是Ni/Au，Pt/Au或者Mo/Au中任一种多层金属。盖层110材料可以选自p-GaN、p-InGaN、p-AlGaN、组分渐变的p-AlGaN或者组分渐变的p-InGaN中一种或多种，掺杂浓度为1015～1022/cm3，厚度为 5-100nm。
可选的，如图6-10所示，所述离子注入区域50与所述肖特基接触层60之间还设置有欧姆接触层90。具体的，所述欧姆接触层是P型欧姆接触。欧姆接触层90可以但不限于Ti/Al/Ni/Au合金或Ti/Al/Ti/Au合金或Ti/Al/Mo/Au合金。
如图9-10所示，所述欧姆接触层90设置在每一所述离子注入区域50上，所述欧姆接触层90的面积小于等于所述离子注入区域50的面积；所述肖特基接触层60包覆或者部分覆盖所述欧姆接触层90。
其中，所述离子注入区域50是高阻区域、绝缘区域、半绝缘区域或P型区域。具体的，通过离子注入N、H、Ar等离子形成高阻区来替代PN结。离子注入形成高阻的原理：离子轰击半导体材料会造成晶格损伤，形成晶格损伤缺陷，这些晶格损伤缺陷会在半导体内部形成缺陷能级，捕获材料中的自由载流子，从而使其呈现高阻特性。
可选的，所述离子注入区域50包括多个依次排列的独立几何形状区域，所述肖特基接触层60和/或所述欧姆接触层90沿着长度方向设置在所述独立几何形状区域。
可选的，所述离子注入区域50包括多个依次排列的独立几何形状区域，所述肖特基接触层60和/或所述欧姆接触层90覆盖在所述独立几何形状区域上。
可选的，所述离子注入区域50包括多个依次排列的独立几何形状区域，所述肖特基接触层60和/或所述欧姆接触层90沿着长度方向一侧部分覆盖在所述独立几何形状区域上。
可选的，所述离子注入区域50包括多个依次排列的独立几何形状区域，多个所述肖特基接触层60和/或所述欧姆接触层90依次部分覆盖在所述独立几何形状区域上。具体的，多个肖特基接触层60和/或第二欧姆接触层90是多个独立图形区域或者连续图形区域，部分覆盖多个依次排列的独立几何形状区域形成的离子注入区域50。
可选的，如图11-25所示，所述独立几何形状区域包括但不限于矩形、椭圆形、三角形、星形、多边形、中心对称图形。这些图形可以大小不一致、分布非均匀、各种图形的组合均可。
如图1、4所示，所述异质结结构层40、所述源极金属结构层80、所述栅极金属结构层 100、所述漏极金属结构层120、所述肖特基接触层62上覆盖设置有绝缘介质层72，所述肖特基接触层60在所述绝缘介质层70上延伸连接到所述源极金属结构层80，在所述绝缘介质层70上对应所述源电极、栅电极、漏电极开设电极窗口。
如图4-5所示，所述离子注入区域50与所述肖特基接触层60接触面之间设置有所述绝缘介质层70，所述肖特基接触层60与所述异质结结构层40在多个所述离子注入区域50之间形成肖特基接触。具体的，一层大于等于该离子注入区域的绝缘介质层70将离子注入区域 50与肖特基接触层60隔开，使得肖特基接触层60只和异质结结构层40之间形成肖特基接触。
如图26所示，本实施例的氮化镓反向导通晶体管HEMTs的等效电路为在漏电极、源电极之间串联设置一结势垒肖特基二极管JBS,结势垒肖特基二极管JBS等效电路为并联连接一PN 二极管和一SBDs肖特基二极管，具有分配高阻断电压和低泄漏电流的电场的特性；从而使得单一器件具有高反向导电能力和低反向导电压降能力。
如图27所示，反向漏极为负且栅极关断的情况下：现有HEMT器件导电时会有很大的电压降。与之相比，本发明实施例的HEMT器件结构则是会大幅减小这个电压降。
为了制备上述氮化镓反向导通晶体管，可以采用但不限于以下的制备方法：
S1、在衬底层10上采用MOCVD自下而上外延生长缓冲层20、沟道层30、异质结结构层 40；
S2、异质结结构层40上分别制备源、漏电极。制备源电极的退火温度为800～900摄氏度，退火时间为30～60秒。具体在本实施例中用电子束蒸发设备进行源电极和栅电极蒸镀，蒸镀金属体系为Ti/Al/Ti/Au(200/600/500/700埃)，然后进行剥离并快速热退火形成欧姆接触。退火条件可为：N2气氛，850摄氏度，30s。
S3、在有源区进行图形化，通过电子蒸镀法形成栅极电极，电极金属为Ni/Au(500/1500 埃)。
S4、利用离子注入工艺在异质结结构层40表面形成高阻、绝缘、半绝缘或P型的离子注入区域50。具体的，衬底层10材料为硅，衬底层10尺寸为6英寸。缓冲层20材料为AlN、AlGaN和GaN、厚度为5um。沟道层30材料为GaN，沟道层30厚度为100nm。异质结结构层 40材料为Al0.26Ga0.74N，异质结结构层40厚度为20nm。
S5、在离子注入区域50上进行图形化，通过电子蒸镀法在离子注入区域50上沉积肖特基接触层60，通过干法刻蚀和湿法腐蚀的方法，图形化肖特基接触层60，露出制备漏电极外的区域。肖特基接触层60材料为Ti、Al、Ni、Au、Mo、Ti、Ni、Cr中一种或多种；肖特基接触层60的厚度为1nm～10um；肖特基接触层60的制备方法为磁控溅射、电子束蒸发设备、等离子体化学气相淀积、原子层淀积中一种或多种。具体在本实施例中肖特基接触层60的材料为Ni，厚度为300nm。
S6、通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或原子层沉积(ALD)或物理气相沉积(PVD) 或磁控溅射，均匀生长一层绝缘层70；通过光刻技术，利用湿法腐蚀法刻蚀电极区域，开出电极窗口。
S7、通过电子蒸镀法在绝缘层70上沉积延伸肖特基接触层60，使得肖特基接触层60与源极金属结构层80连接。
S8、形成钝化层和单个或多个场板。
本发明实施例的氮化镓反向导通晶体管，通过在异质结结构层上设置有相互分离的源极金属结构层、栅极金属结构层、漏极金属结构层、肖特基接触层；源电极、栅电极、漏电极分别制备在源极金属结构层、栅极金属结构层、漏极金属结构层，进一步在肖特基接触层与异质结结构层之间设置有若干离子注入区域，肖特基接触层与异质结结构层环绕离子注入区域之间形成肖特基接触，肖特基接触层通过延伸或者其他连接结构层与源极金属结构层。源电极与肖特基接触层连接，使用图案化离子注入区域形以分配反向电场实现高阻断电压和低泄漏电流，从而使得单一器件具有高反向导电能力和低反向导电压降能力。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
在本发明专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”、“排”、“列”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明专利新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明专利的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在发明专利中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固连”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明专利中的具体含义。
在本发明专利中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
Claims (10)
1.一种氮化镓反向导通晶体管，其特征在于，包括自下而上依次为衬底层、缓冲层以及设置在所述缓冲层上含有一个或多个二维电子气沟道的异质结结构层，所述异质结结构层上设置有相互分离的源极金属结构层、栅极金属结构层、漏极金属结构层、肖特基接触层；源电极、栅电极、漏电极分别制备在所述源极金属结构层、栅极金属结构层、漏极金属结构层，所述肖特基接触层与所述异质结结构层之间形成有若干离子注入区域，所述肖特基接触层与所述异质结结构层环绕所述离子注入区域之间形成肖特基接触，所述肖特基接触层与所述源极金属结构层连接。
2.根据权利要求1所述的氮化镓反向导通晶体管，其特征在于，所述异质结结构层上形成深度上非完全刻蚀和/或空间上非完全刻蚀的相互分离区域，在所述相互分离区域分别设置所述源极金属结构层、所述栅极金属结构层、所述漏极金属结构层。
3.根据权利要求1所述的氮化镓反向导通晶体管，其特征在于，所述源极金属结构层、所述漏极金属结构层与所述异质结结构层之间n型欧姆接触，所述栅极金属结构层与所述异质结结构层之间是欧姆接触或肖特基接触。
4.根据权利要求1所述的氮化镓反向导通晶体管，其特征在于，所述栅极金属结构层上还设置有盖层，所述盖层是全P型结构层、N-P型结构层或者P型超晶格结构层。
5.根据权利要求1所述的氮化镓反向导通晶体管，其特征在于，所述离子注入区域是高阻区域、绝缘区域、半绝缘区域或P型区域。
6.根据权利要求5所述的氮化镓反向导通晶体管，其特征在于，所述离子注入区域与所述肖特基接触层之间还设置有欧姆接触层。
7.根据权利要求6所述的氮化镓反向导通晶体管，其特征在于，所述欧姆接触层设置在每一所述离子注入区域上，所述欧姆接触层的面积小于等于所述离子注入区域的面积；所述肖特基接触层包覆或者部分覆盖所述欧姆接触层。
8.根据权利要求6所述的氮化镓反向导通晶体管，其特征在于，所述离子注入区域包括多个依次排列的独立几何形状区域，所述肖特基接触层和/或所述欧姆接触层沿着长度方向设置在所述独立几何形状区域；或者所述离子注入区域包括多个依次排列的独立几何形状区域，所述肖特基接触层和/或所述欧姆接触层覆盖在所述独立几何形状区域上；
或者所述离子注入区域包括多个依次排列的独立几何形状区域，所述肖特基接触层和/或所述欧姆接触层沿着长度方向一侧部分覆盖在所述独立几何形状区域上；
或者所述离子注入区域包括多个依次排列的独立几何形状区域，多个所述肖特基接触层和/或所述欧姆接触层依次部分覆盖在所述独立几何形状区域上。
9.根据权利要求1所述的氮化镓反向导通晶体管，其特征在于，所述异质结结构层、所述源极金属结构层、所述栅极金属结构层、所述漏极金属结构层、所述肖特基接触层上覆盖设置有绝缘介质层，所述肖特基接触层在所述绝缘介质层上延伸连接到所述源极金属结构层，在所述绝缘介质层上对应所述源电极、栅电极、漏电极开设电极窗口。
10.根据权利要求9所述的氮化镓反向导通晶体管，其特征在于，所述离子注入区域与所述肖特基接触层接触面之间设置有所述绝缘介质层，所述肖特基接触层与所述异质结结构层在多个所述离子注入区域之间形成肖特基接触。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117276335A (zh) * | 2023-11-20 | 2023-12-22 | 南京大学 | 一种具有解耦合反向导通能力的增强型GaN HEMT及其制作方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102751324A (zh) * | 2011-04-20 | 2012-10-24 | 英飞凌科技奥地利有限公司 | 横向高电子迁移率晶体管 |
| CN103022118A (zh) * | 2011-09-21 | 2013-04-03 | 株式会社东芝 | 氮化物半导体装置 |
| US20130334573A1 (en) * | 2012-06-18 | 2013-12-19 | Infineon Technologies Austria Ag | Multi-Channel HEMT |
| US20160043208A1 (en) * | 2013-04-23 | 2016-02-11 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Nitride semiconductor device |
| CN107958939A (zh) * | 2016-10-17 | 2018-04-24 | 南京励盛半导体科技有限公司 | 一种氮化鎵基异质结肖特基二极管结构 |
| CN107958930A (zh) * | 2016-10-17 | 2018-04-24 | 南京励盛半导体科技有限公司 | 一种氮化鎵基异质结场效应晶体管结构 |
| CN112133761A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-25 | 西安电子科技大学 | 一种基于GaN的横向结势垒肖特基二极管及其制备方法 |
| US20210399145A1 (en) * | 2020-06-19 | 2021-12-23 | Cambridge Electronics, Inc. | III-Nitride Diode With A Modified Access Region |
-
2022
- 2022-04-15 CN CN202210394177.9A patent/CN114823851A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102751324A (zh) * | 2011-04-20 | 2012-10-24 | 英飞凌科技奥地利有限公司 | 横向高电子迁移率晶体管 |
| CN103022118A (zh) * | 2011-09-21 | 2013-04-03 | 株式会社东芝 | 氮化物半导体装置 |
| US20130334573A1 (en) * | 2012-06-18 | 2013-12-19 | Infineon Technologies Austria Ag | Multi-Channel HEMT |
| US20160043208A1 (en) * | 2013-04-23 | 2016-02-11 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Nitride semiconductor device |
| CN107958939A (zh) * | 2016-10-17 | 2018-04-24 | 南京励盛半导体科技有限公司 | 一种氮化鎵基异质结肖特基二极管结构 |
| CN107958930A (zh) * | 2016-10-17 | 2018-04-24 | 南京励盛半导体科技有限公司 | 一种氮化鎵基异质结场效应晶体管结构 |
| US20210399145A1 (en) * | 2020-06-19 | 2021-12-23 | Cambridge Electronics, Inc. | III-Nitride Diode With A Modified Access Region |
| CN112133761A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-25 | 西安电子科技大学 | 一种基于GaN的横向结势垒肖特基二极管及其制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117276335A (zh) * | 2023-11-20 | 2023-12-22 | 南京大学 | 一种具有解耦合反向导通能力的增强型GaN HEMT及其制作方法 |
| CN117276335B (zh) * | 2023-11-20 | 2024-02-09 | 南京大学 | 一种具有解耦合反向导通能力的增强型GaN HEMT及其制作方法 |
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