CN111146292B - 一种具有集成续流二极管的纵向GaN MOS - Google Patents

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Abstract

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种具有集成续流二极管的纵向GaN MOS。集成的二极管在源极电压为0时，利用源电极金属与GaN半导体之间功函数差耗尽集成的二极管阳极和阴极之间的导电沟道，实现二极管的关断。在反向续流时，源电极所加电压大于电压临界值后，耗尽区变窄，集成的二极管导通；当源极电压进一步增大，凸出部分的漂移区侧壁开始出现高浓度电子积累层。相比与纵向GaN MOS寄生的体二极管，集成的二极管具有低的开启电压、低的导通压降及快的反向恢复特性。在正向导通或者正向阻断时，集成的二极管处于关断状态，不影响纵向GaN MOS的导通及耐压特性。相比传统平面栅纵向GaN MOS，本发明没有占用额外的芯片面积。

Description

一种具有集成续流二极管的纵向GaN MOS
技术领域
本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种具有集成续流二极管的纵向GaN MOS。
背景技术
功率场效应晶体管(MOSFET)与双极器件相比具有更好的开关性能，因此被广泛应用于高频功率开关领域。功率场效应晶体管寄生的PN结体二极管能够反向传导电流，可做功率变换器反向续流使用。然而，GaN禁带宽度较大为3.4eV，因此PN结体二极管开启电压较大，同时，少子会影响反向恢复特性，造成较大的功率损耗。一种解决方案是降低漂移区内的载流子寿命来提升反向恢复特性，但同时会增大正向导通压降和泄漏电流。另一种方案是集成肖特基二极管，但是肖特基接触占用了额外的芯片面积，增大了泄漏电流，同时温度对肖特基性能影响较大。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种具有集成续流二极管的纵向GaN MOS。
本发明的技术方案为，如图1所示，一种具有集成续流二极管的纵向GaN MOS，从上到下包括：源电极2、第一N型高掺杂区3、N型漂移区1、N型漏区4及漏电极5，所述N型漂移区1中部向上凸起从而呈倒“T”字形结构，在N型漂移区1凸起的顶部有第一N型高掺杂区3；
所述N型漂移区1除凸起部位以外的上表面设置有P型阱区6，所述P型阱区6上部设置有第二N型高掺杂区7；在P型阱区6、第二N型高掺杂区7和N型漂移区1凸起部分的侧壁上覆盖有第一绝缘介质8，第一绝缘介质8呈“L”字型结构；所述第一绝缘介质8盖住第二N型高掺杂区7靠近N型漂移区1凸起部分的一侧，但未将第二N型高掺杂区7全部覆盖；所述第一绝缘介质8的横向部分覆盖有栅电极9，所述栅电极9的长度L1小于第一绝缘介质8的横向部分的长度L2；在栅电极9上覆盖有第二绝缘介质10，所述第二绝缘介质10部分与第一绝缘介质8接触；所述源电极2覆盖在第一N型高掺杂区3、第一绝缘介质8、第二绝缘介质10、第二N型高掺杂区7及P型阱区6上；
其中，源电极2、第一N型高掺杂区3、第一绝缘介质8、N型漂移区1、N型漏区4与漏电极5构成续流二极管。本发明方案中，因集成有续流二极管，在反向续流时，集成二极管导通，具有低的开启电压、低的导通压降及快的反向恢复特性。在正向导通时，集成二极管处于关断状态，不影响GaN MOS的正向导通。相比传统平面栅场效应晶体管，本发明没有占用额外的芯片面积。
本发明的有益效果为，相比于传统GaN MOS结构寄生的体二极管，集成二极管具有更低的开启电压、更小的导通损耗及更快的反向恢复特性；相比于GaN MOS结构集成肖特基二极管，本发明没有占用额外的芯片面积，同时避免了GaN肖特基二极管因肖特基结因漏电而导致的提前击穿。此外，沟道区势垒高度随温度几乎不变，本发明集成的二极管具有很高的温度稳定性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
在发明内容部分已经对本发明的结构进行了详细描述，下面结合本发明与传统技术的工作原理区别，详细描述本发明取得的技术进步。
本发明的工作原理：在反向续流时，源电极2相对于漏电极5为正电压，会使源电极2与N型漂移区1的耗尽区缩小，进而在第一绝缘介质8侧壁处N型掺杂区1表面形成电子反型层，使得源电极2和漏电极5之间有电流路径，集成的二极管导通。相比于GaN MOS结构寄生的PN结体二级管，具有更小的开启电压和更快的反向恢复特性；相比于集成肖特基二极管，具有更低的泄漏电流和更高的击穿电压。此外，本发明没有占用额外的芯片面积。

Claims (1)

1.一种具有集成续流二极管的纵向GaN MOS，从上到下包括：源电极(2)、第一N型高掺杂区(3)、N型漂移区(1)、N型漏区(4)及漏电极(5)，所述N型漂移区(1)中部向上凸起从而呈倒“T”字形结构，在N型漂移区(1)凸起的顶部与源电极(2)之间有第一N型高掺杂区(3)；
所述N型漂移区(1)上层两端设置有P型阱区(6)，P型阱区(6)与N型漂移区(1)凸起部分之间有间距，所述P型阱区(6)上层中部设置有第二N型高掺杂区(7)；在第一N型高掺杂区(3)和N型漂移区(1)凸起部分的侧壁上覆盖有第一绝缘介质(8)，且第一绝缘介质(8)沿N型漂移区(1)上表面向远离N型漂移区(1)凸起部分的方向延伸并覆盖部分P型阱区(6)、第二N型高掺杂区(7)的上表面，第一绝缘介质(8)呈“L”字型结构；所述第一绝缘介质(8)的横向部分上表面具有栅电极(9)，所述栅电极(9)的长度L1小于第一绝缘介质(8)的横向部分的长度L2；在栅电极(9)上覆盖有第二绝缘介质(10)，所述第二绝缘介质(10)沿栅电极(9)的两侧向下延伸至与第一绝缘介质(8)上表面接触，第二绝缘介质(10)还与第一绝缘介质(8)的垂直部分接触；所述源电极(2)覆盖在第一N型高掺杂区(3)、第一绝缘介质(8)、第二绝缘介质(10)、第二N型高掺杂区(7)及P型阱区(6)上表面；
其中，源电极(2)、第一N型高掺杂区(3)、第一绝缘介质(8)、N型漂移区(1)、N型漏区(4)与漏电极(5)构成续流二极管。
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