[發明專利]一種緩沖層荷電RESURF HEMT器件

有效

• 申請號: 201410851598.5
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104538440A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 羅小蓉;楊超;熊佳云;魏杰;周坤;吳俊峰;張波;李肇基
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李玉興

技術領域

本發明屬于功率半導體技術領域，特別涉及一種緩沖層荷電RESURF?HEMT器件。

背景技術

寬禁帶半導體氮化鎵(GaN)具有高臨界擊穿電場(～3.3×10⁶V/cm)、高電子遷移率(～2000cm²/V·s)等特性，且基于GaN材料的異質結高電子遷移率晶體管(HEMT)還具有高濃度(～10¹³cm^-2)的二維電子氣(2DEG)溝道，使得GaN?HEMT器件具有反向阻斷電壓高、正向導通電阻低、工作頻率高等特性，在大電流、低功耗、高壓開關器件應用領域具有巨大的應用前景。通常，常關型功率器件具有兩個方面優點：一方面是關態時，減小電力電子系統中的漏電流，降低因漏電流通導致的功耗；另一方面是可以直接應用在簡單的逆變電路中，如在常規電路中，常開型器件的次級電路通常需要一個常關型阻斷器件，因此在實際功率系統中，為了減少器件數目和提高集成度，所以采用常關型器件，其可以有效減少系統功耗。然而常規的GaN?HEMT是常開型的，所以，一直以來，關于GaN基HEMT的研究主要集中在如何實現增強型的理論和技術研究，GaN基HEMT并未充分發揮GaN高臨界擊穿電場的優勢，僅有少量文章通過采用場板等技術提高GaN基HEMT的阻斷電壓。

功率開關器件的關鍵是實現高擊穿電壓、低導通電阻和高可靠性。HEMT器件的擊穿主要是由于柵肖特基結的泄漏電流和通過緩沖層的泄漏電流引起的。要提高器件耐壓，縱向上需要增加緩沖層的厚度和質量，這主要由工藝技術水平決定；橫向上需要漂移區長度增加，這不僅使器件(或電路)的芯片面積增加、成本增大，更為嚴重的是，器件的導通電阻增大，進而導致功耗急劇增加，且器件開關速度也隨之降低。

為了充分利用GaN材料的高臨界擊穿電場等優異特性，提高器件耐壓，業內研究者進行了許多研究。其中場板技術是一種用來改善器件耐壓的常用終端技術，文獻(J.Li,et.al.“High?breakdown?voltage?GaN?HFET?with?field?plate”IEEE?Electron?Lett.,vol.37,No.3,pp.196–197,February.2001.)采用了與柵短接的場板，如圖1所示，場板的引入可以降低主結的曲率效應和電場尖峰，從而提高耐壓。然而場板的引入會使器件寄生電容增大，影響器件的高頻和開關特性。

在緩沖層中引入P-GaN也被用作提高器件的關態擊穿電壓，文獻(Shreepad?Karmalkar，?et.al.“RESURF?AlGaN/GaN?HEMT?for?High?Voltage?Power?Switching”IEEE?Electron?Device?Letters,VOL.22,NO.8,AUGUST?2001)通過引入P-GaN提高了器件耐壓，如圖2所示，P-GaN的引入可以提高器件的縱向耐壓，避免器件過早擊穿。但是P-GaN的激活率很低，改善耐壓的效果有限。