[實用新型]基于III族氮化物材料含多層背勢壘的器件結構

有效

• 申請號: 201320333858.0
• 申請日: 2013-06-09
• 公開（公告）號: CN203536443U
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 王元剛;馮志紅;敦少博;呂元杰;房玉龍;徐鵬
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十三研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/872;H01L29/06
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 陸林生

技術領域

本實用新型涉及半導體器件領域。

背景技術

GaN半導體材料具有更大的禁帶寬度、更高的臨界擊穿電場和電子飽和漂移速度等優異的性能，受到研究者們的廣泛關注。雖然GaN材料的臨界擊穿電場遠高于其他半導體材料，但是由于GaN器件局域曲率效應，器件內部存在一個峰值電場，使得器件提前擊穿。因此如何降低峰值電場、緩解局域曲率效應、提高器件擊穿電壓始終是國內外研究熱點之一。

場板技術是提高器件耐壓最為簡單有效的方法。Mishra小組報道了國際上首個高壓電力開關器件AlGaN/GaN?HEMT就帶有場板；緊接Mishra小組又報道了帶三層場板的器件（Mishra,?U.?K..?Status?of?AlGaN/GaN?HEMT?technology-A?UCSB?perspective.?InGallium?Arsenide?and?Other?Semiconductor?Application?Symposium,?EGAAS?2005,?European,?pp.?21-27），擊穿電壓達到900V，代表著當時的最高水平；東芝公司的Wataru?Saito研究小組于2008年用源、柵雙場板結構制備出了擊穿電壓達940V、峰值電流4.4A，特征通態電阻僅3.6?mW*cm²(約為Si器件的1/44)?的器件。場板技術雖然提高了器件耐壓，但是其致命缺點是增大電容，使得頻率特性變差。

背勢壘結構可以有效的增加二維電子氣（2DEG）的溝道限域性，從而降低漏電提高擊穿電壓。Micovic等人在AlGaN/GaN?高電子遷移率晶體管（HEMT）中引入Al_0.04GaN背勢壘，利用背勢壘結構將溝道處GaN的勢壘提高了1-2eV，提高了2DEG的溝道限域性，提高了器件的擊穿電壓，從而提高了AlGaN/GaN?HEMT的功率密度，在10GHz頻率下，漏壓的工作電壓高達40V，輸出功率密度到達10.5W/mm。

單層背勢壘結構提高擊穿電壓的效果是有限的，首先背勢壘的組份不易太高，否則會引入高濃度的二維空穴氣（2DHG），增加緩沖層漏電，擊穿電壓反而下降；但是低的背勢壘組份增加溝道限域性的作用很有限。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種基于III族氮化物材料含多層背勢壘的器件結構，該結構使得基于III族氮化物材料的器件在保持高頻率特性和大飽和電流的基礎上，提高器件的擊穿電壓，緩解其頻率、飽和電流和擊穿電壓的矛盾關系，克服了單層背勢壘的缺點，在不引入高濃度的2DHG的前提下，有效的增加器件耐壓。

為了解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為：一種基于III族氮化物材料含多層背勢壘的器件結構，自下而上包括襯底層、背勢壘結構層和溝道層；所述背勢壘結構層由兩層及以上不同Al組份的Al_xGaN（0＜x＜1）背勢壘組成。

所述背勢壘結構層中的Al組份沿溝道層到襯底層方向遞增，但同一背勢壘中Al組份不變。

所述背勢壘結構層的Al組份從溝道層到襯底層為線性增加或者非線性增加。

所述背勢壘結構層中各背勢壘的厚度相等。

采用上述技術方案取得的技術進步為：

1）由多層背勢壘組成的背勢壘結構層降低了溝道電場峰值，有效的調節了溝道電場，提高了器件的擊穿電壓；相較于場板技術，多層背勢壘結構不增加柵電容，對器件的頻率特性影響較小；

2）相較于單層背勢壘結構，多層背勢壘結構在不引入高濃度的2DHG的前提下，用多層低組份背勢壘共同調節溝道電場，從而在保持高的器件飽和電流基礎上，有效的增加器件耐壓。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例1的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例2的結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例3的結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例4的結構示意圖；

其中，1、襯底層，2、第一背勢壘，3、第二背勢壘，4、溝道層，5、勢壘層，6、源金屬，7、柵金屬，8、漏金屬，9、陰極金屬，10、陽極金屬，11、柵介質，12、第三背勢壘。

具體實施方式

實施例1