[實用新型]基于超級結的氮化鎵HEMT器件有效

申請號：	201320030306.2	申請日：	2013-01-21
公開（公告）號：	CN203118954U	公開（公告）日：	2013-08-07
發明（設計）人：	李海鷗;黃偉;吳笑峰;李思敏;首照宇;于宗光;李琦;胡仕剛;鄧洪高	申請（專利權）人：	桂林電子科技大學
主分類號：	H01L29/778	分類號：	H01L29/778;H01L29/06
代理公司：	桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107	代理人：	陳躍琳
地址：	541004 廣***	國省代碼：	廣西;45
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摘要：
搜索關鍵詞：	基于超級氮化 hemt 器件
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【說明書】：

技術領域

本實用新型屬于微電子技術領域，具體涉及一種基于超級結的氮化鎵HEMT（高電子遷移率晶體管）器件及制備方法。

背景技術

繼硅（Si）、砷化鎵（GaAs）之后，具有優良高溫、高壓及高頻特性的被稱為第三代半導體的氮化鎵（GaN）材料成為目前國際上研究的熱點。寬禁帶半導體氮化鎵(GaN)具有禁帶寬度大、臨界擊穿電場高、飽和電子漂移速度高、熱導率大、抗輻射能力強以及良好的化學穩定性等特點，非常適合于制作抗輻射、高溫、高頻、大功率和高密度集成的電路，是電力電子、汽車電子、通訊、雷達、制導等現代化國防裝備的核心部件。

隨著微電子技術的發展，傳統Si和GaAs半導體器件性能已接近其材料本身決定的理論極限,寬禁帶半導體GaN材料其臨界擊穿電場比硅(Si)高近10倍，AlGaN/GaN?HEMTs功率器件的導通電阻在耐壓超過350V的應用中比Si器件低近三個數量級，因此其制作的功率器件突破了主流硅功率器件的理論極限，并可同步減小芯片面積和減輕驅動電路的重量。在工作溫度高的（大于250℃）的功率電子應用中，GaN功率電子因無少數載流子存儲效應、具有優良的高溫可靠性等優點超越了硅基功率半導體工作的溫度上限150℃，GaN基功率電子將成為Si基功率器件的理想替代者，并在未來的智能電網、混合動力汽車、航空航天以及高速鐵路等新型產業中扮演著舉足輕重的地位。

然而，作為一種功率器件，氮化鎵HEMT在性能上仍然存在很大的問題。其中最關鍵的一個就是擊穿電壓和導通電子之間的制約關系，由于肖特基柵邊緣下方存在強電場，導致漂移區電場分布不均勻，使實現高擊穿電壓和低導通電阻難以同時實現，因此器件在大電壓下工作時會有很大的能量損耗。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種基于超級結的氮化鎵HEMT器件，其能夠在低導通電阻的情況下提高器件擊穿電壓。

為解決上述問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的：

一種基于超級結的氮化鎵HEMT器件，其主要由藍寶石襯底、AlN層、GaN層、AlGaN層、源極、柵極和漏極組成；其中藍寶石襯底、AlN層、GaN層和AlGaN層自下而上依次疊放，源極、柵極和漏極則分布位于AlGaN層的上方；此外，所述柵極和漏極之間設有至少一個F離子處理形成的超級結區，該超級結區從AlGaN層的上表面一直嵌入延伸至AlGaN層的下部或GaN層的上部。該超級結區能使柵-漏極區域表面電場最初漂移區的一維分布擴展為二維分布、電場分布更加均勻，并使HEMT器件的柵-漏間距和導通電阻得以縮短和降低，提高器件的擊穿電壓。

上述超級結區最好分布在靠近柵極的一側。

上述超級結區的橫向寬度最好介于1～3um之間。

與現有技術相比，本實用新型具有如下優點：

1、本實用新型利用F離子在外延層中能夠捕獲其中的自由電子的特性，使柵-漏極區域F離子處理區域和未進行F離子處理的區域形成超級結，解決GaN?HEMT器件由于GaN材料特性的原因難以形成超級結的問題。

2、通過在柵-漏極區域形成超級結，使柵-漏極區域表面電場最初漂移區的一維分布擴展為二維分布、電場分布更加均勻，使HEMT器件的柵-漏間距和導通電阻得以縮短和降低，提高器件的擊穿電壓，為制備高壓、高功率GaN基HEMT器件制備提供一個新的實現方式。

3、相比其他提供擊穿電源的方法，本實用新型可以充分利用成熟的硅工藝，制作工藝簡單，有利于GaN材料和硅工藝平臺的功能和系統集成。

附圖說明

圖1a～圖1j為一種基于超級結的氮化鎵HEMT器件的制作流程圖。

圖2為一種基于超級結的氮化鎵HEMT器件的結構示意圖。

具體實施方式

一種基于超級結的氮化鎵HEMT器件的制備方法，包括如下步驟：

步驟1.清洗已激活Mg元素的藍寶石襯底1，并在藍寶石襯底片1上按順序外延生長不摻雜的AlN層2、不摻雜的GaN層3；不摻雜的AlGaN層4，如圖1a所示。其中，AlN層的生長厚度為350～450nm，GaN層的生長厚度為2～2.5um，AlGaN層的生長厚度為30～40nm。