[發(fā)明專利]基于超結(jié)的AlGaN/GaN高壓器件及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410029857.6
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103745991A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮倩;杜鍇;代波;張春福;梁日泉;郝躍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/40;H01L29/06;H01L21/335;H01L21/28
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11368
• 代理人: 郭官厚

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高壓器件及其制作方法，具體涉及一種基于超結(jié)的AlGaN/GaN高壓、低導(dǎo)通電阻的高壓器件及其制作方法，可用于制作高壓低導(dǎo)通電阻的AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來以SiC和GaN為代表的第三代寬禁帶隙半導(dǎo)體以其禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、飽和電子速度大和異質(zhì)結(jié)界面二維電子氣濃度高等特性，受到廣泛關(guān)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(fā)光二極管LED、激光二極管LD等器件比現(xiàn)有器件具有明顯的優(yōu)越特性，因此近些年來國內(nèi)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(zhì)結(jié)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(yōu)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(guān)注的又一研究熱點。由于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)生長完成后，異質(zhì)結(jié)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(zhì)結(jié)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(fā)現(xiàn)AlGaN/GaN?HEMT器件的擊穿主要發(fā)生在柵靠漏端，因此要提高器件的擊穿電壓，必須使柵漏區(qū)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(jié)構(gòu)的方法：

1.采用場板結(jié)構(gòu)。參見Yuji?Ando,Akio?Wakejima,Yasuhiro?Okamoto等的Novel?AlGaN/GaN?dual-field-plate?FET?with?high?gain,increased?linearity?and?stability,IEDM2005,p_x.576-579,2005（一種具有高增益、高線性度和穩(wěn)定性的雙場板場效應(yīng)晶體管）。在AlGaN/GaN?HEMT器件中同時采用柵場板和源場板結(jié)構(gòu)，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(wěn)定性。

2.采用超級結(jié)結(jié)構(gòu)。參見Akira?Nakajima,Yasunobu?Sumida,MaheshH的GaN?based?super?heterojunction?field?effect?transistors?using?the?polarization?junction?concept（一種利用極化結(jié)的基于GaN的超結(jié)場效應(yīng)晶體管）。在該器件結(jié)構(gòu)中同時擁有2DEG和2DEH，當柵極正向偏置時，2DEG的濃度不發(fā)生任何變化，因此器件的導(dǎo)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(dǎo)通電阻為6.1mΩ·cm²。

然而，具有上述兩種結(jié)構(gòu)的高壓器件均存在導(dǎo)通電阻較大的不足之處。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可滿足對高壓、低導(dǎo)通電阻的應(yīng)用要求的基于超結(jié)的AlGaN/GaN高壓器件的結(jié)構(gòu)，以及具有良好的可控性和重復(fù)性的制作該基于超結(jié)的AlGaN/GaN高壓器件的方法。

為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種基于超結(jié)的AlGaN/GaN高壓器件，其特征在于，從下至上依次包括：襯底、GaN緩沖層、本征GaN溝道層或者AlGaN溝道層、AlN隔離層和AlGaN勢壘層，AlGaN勢壘層上沿水平方向依次有：源極、柵極和漏極，在源極與柵極之間的AlGaN勢壘層上方的全部區(qū)域、柵極與漏極之間的AlGaN勢壘層上方的部分區(qū)域外延有線性AlGaN層，前述柵極還向源極方向延伸形成有與線性AlGaN層上表面接觸的柵源場板，柵極與漏極之間的線性AlGaN層與漏極之間留有縫隙并且線性AlGaN層上外延有P型GaN外延層或者P型InGaN外延層，P型GaN外延層或者P型InGaN外延層上有與柵極電連接的基極，柵極與漏極之間的線性AlGaN層、P型GaN外延層或者P型InGaN外延層的寬度依次減小；前述AlGaN勢壘層由下層的i型AlGaN層和上層的n型AlGaN層組成；前述源極、柵極、漏極和基極的上表面還形成有加厚電極，加厚電極的兩側(cè)均形成有鈍化層。

前述的基于超結(jié)的AlGaN/GaN高壓器件，其特征在于，前述襯底為藍寶石、碳化硅、GaN或MgO。