[發明專利]基于超結漏場板的槽柵高壓器件及其制作方法

有效

• 申請號: 201410029821.8
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103779410B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 馮倩;杜鍇;馬曉華;鄭雪峰;代波;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/40;H01L29/423;H01L29/06;H01L21/335
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙)11368
• 代理人: 郭官厚

技術領域

本發明涉及微電子技術領域，尤其是涉及一種基于超結漏場板的槽柵高壓器件及其制作方法。

背景技術

近年來以SiC和GaN為代表的第三帶寬禁帶隙半導體以其禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導率高、飽和電子速度大和異質結界面二維電子氣濃度高等特性，使其受到廣泛關注。在理論上，利用這些材料制作的高電子遷移率晶體管HEMT、發光二極管LED、激光二極管LD等器件比現有器件具有明顯的優越特性，因此近些年來國內外研究者對其進行了廣泛而深入的研究，并取得了令人矚目的研究成果。

AlGaN/GaN異質結高電子遷移率晶體管HEMT在高溫器件及大功率微波器件方面已顯示出了得天獨厚的優勢，追求器件高頻率、高壓、高功率吸引了眾多的研究。近年來，制作更高頻率高壓AlGaN/GaN HEMT成為關注的又一研究熱點。由于AlGaN/GaN異質結生長完成后，異質結界面就存在大量二維電子氣2DEG，并且其遷移率很高，因此我們能夠獲得較高的器件頻率特性。在提高AlGaN/GaN異質結電子遷移率晶體管擊穿電壓方面，人們進行了大量的研究，發現AlGaN/GaN HEMT器件的擊穿主要發生在柵靠漏端，因此要提高器件的擊穿電壓，必須使柵漏區域的電場重新分布，尤其是降低柵靠漏端的電場，為此，人們提出了采用場板結構的方法：

1.采用場板結構，參見Yuji Ando,Akio Wakejima,Yasuhiro Okamoto等的Novel AlGaN/GaN dual-field-plate FET with high gain,increased linearity and stability,IEDM 2005,pp.576-579,2005。在AlGaN/GaN HEMT器件中同時采用柵場板和源場板結構，將器件的擊穿電壓從單獨采用柵場板的125V提高到采用雙場板后的250V，并且降低了柵漏電容，提高了器件的線性度和穩定性。

2.采用超級結結構，參見Akira Nakajima,Yasunobu Sumida,Mahesh H的GaN based super heterojunction field effect transistors using the polarization junction concept。在該器件結構中同時擁有2DEG和2DEH，當柵極正向偏置時，2DEG的濃度不發生任何變化，因此器件的導通電阻不會增加，當柵極反向偏置時，溝道中的2DEG會由于放電而耗盡，從而提高了器件的擊穿電壓(從110V提高至560V)，而導通電阻為6.1mΩ·cm²。

發明內容

本發明為了克服上述的不足，提供了一種兼顧了擊穿電壓的增加和導通電阻的減小，且提高了器件的頻率性能的基于超結漏場板的槽柵高壓器件。

本發明的技術方案如下：

一種基于超結漏場板的槽柵高壓器件，自下而上依次包括襯底、GaN緩沖層、GaN溝道層、AlN隔離層、本征AlGaN層和AlGaN勢壘層，所述AlGaN勢壘層上間隔依次設有源極、柵極和復合漏極，所述柵極和復合漏極之間、源極和柵極之間還設有線性AlGaN層，柵極與復合漏極之間的線性AlGaN層上設有p-GaN層，p-GaN層上設有基極，所述柵極位于線性AlGaN層上方的部分還向源極方向延伸，形成柵源場板；所述復合漏極中位于上部以及線性AlGaN層上方的部分，為漏極場板，其他部分為漏極；上述結構的頂層還間隔淀積有鈍化層，所述鈍化層的間隔內淀積有加厚電極。

所述襯底為藍寶石、碳化硅、GaN和MgO中的一種或多種。

所述AlGaN勢壘層中Al的組分含量在0～1之間，Ga的組分含量與Al的組分含量之和為1。

所述線性AlGaN層中Al的組份含量在0～1之間，且從x線性增加到y，線性AlGaN層的厚度為L，其中任一厚度L1處的Al組分含量為(y-x)×L1/L。

所述鈍化層內包括SiN、Al₂O₃和HfO₂中的一種或多種。

所述柵極和復合漏極之間的p-GaN層和線性AlGaN層同時存在的區域寬度d₁>0，僅有線性AlGaN層的區域寬度d₂>0。

所述復合漏極在線性AlGaN層上(即漏極場板在線性AlGaN層上方部分)的寬度d₄在0～1μm之間。

所述柵源場板的寬度d≤1μm。