[發(fā)明專利]一種極化摻雜增強型HEMT器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710222890.4
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN107093628B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅小蓉;彭富;楊超;魏杰;鄧思宇;歐陽東法;張波
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06;H01L29/205;H01L29/423
• 代理公司: 51232 成都點睛專利代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 葛啟函<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種極化摻雜增強型HEMT器件。本發(fā)明的技術(shù)方案，通過在緩沖層上依次生長Al組分漸變的第一勢壘層和第二勢壘層，兩層勢壘層的Al組分變化趨勢相反，勢壘層內(nèi)部由于極化差分別誘導(dǎo)產(chǎn)生三維電子氣(3DEG)和三維空穴氣(3DHG)；同時，凹槽絕緣柵結(jié)構(gòu)位于源極遠(yuǎn)離漏極的一側(cè)且與源極接觸。首先，由于整個第一勢壘層中都存在較高濃度的電子，極大提升器件的導(dǎo)通電流；其次，3DHG夾斷源極與3DEG之間的縱向?qū)щ姕系溃瑥亩鴮崿F(xiàn)增強型，由凹槽柵電極上施加電壓實現(xiàn)對導(dǎo)電溝道進行控制，且可通過對部分導(dǎo)電溝道進行摻雜調(diào)控閾值電壓；再次，3DEG?3DHG形成極化超結(jié)，在阻斷狀態(tài)時輔助耗盡漂移區(qū)，優(yōu)化器件的橫向電場分布，提高器件耐壓。本發(fā)明所公布的器件制備工藝與傳統(tǒng)工藝兼容。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種極化摻雜增強型HEMT器件。

背景技術(shù)

基于GaN材料的高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)，由于高電子飽和速度、高密度二維電子氣(2DEG)以及較高臨界擊穿電場，使其在大電流、低功耗、高頻和高壓開關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。

功率開關(guān)器件的關(guān)鍵是實現(xiàn)高擊穿電壓、低功耗和高可靠性，GaN材料臨界擊穿電場是Si的十倍，目前GaN功率器件的耐壓遠(yuǎn)未達到其理論極限，其重要原因之一是柵極電場集中效應(yīng)使器件提前擊穿，此時漂移區(qū)并未完全耗盡。過大的峰值電場使得器件電場分布很不均勻，器件容易在較低源漏電壓下便被擊穿，無法充分發(fā)揮GaN材料的高耐壓優(yōu)勢。

場板技術(shù)是一種改善器件耐壓的常用終端技術(shù)，文獻(J.Li,et.al.“Highbreakdown 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(jié)的曲率效應(yīng)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(guān)特性文獻。(Akira Nakajima,et.al.“GaN-Based Super HeterojunctionField Effect Transistors Using the Polarization Junction Concept”IEEEElectron Device Letters,vol.32,no.4,pp.542-544,2011)采用極化超結(jié)的思想，在漂移區(qū)部分的AlGaN勢壘層上方生長一層頂層GaN，并在其界面形成二維空穴氣(2DHG)，2DHG與其下方的2DEG形成天然的“超結(jié)”，在阻斷耐壓時，輔助耗盡漂移區(qū)，優(yōu)化器件橫向電場，從而達到提高耐壓的目的，如圖2所示。但是頂層GaN與柵電極形成了空穴的歐姆接觸，在正向?qū)〞r，柵壓較大時會產(chǎn)生柵極泄漏電流，限制了柵壓擺幅。

對于AlGaN/GaN HEMT器件而言，增強型HEMT器件比耗盡型HEMT器件具有更多的優(yōu)勢，其實現(xiàn)技術(shù)也是研究者們極其關(guān)注的問題。文獻(W.Saito,et.al.,“Recessed-gatestructure approach toward normally off high-voltage AlGaN/GaN HEMT for powerelectronics applications,”IEEE Trans.Electron Devices,vol.53,no.2,pp.356-362,2006)報道了采用槽柵結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了一種準(zhǔn)增強型高壓AlGaN/GaN HEMT，如圖3所示，凹柵刻蝕能夠有效地耗盡柵極下方2DEG濃度，極大地提高閾值電壓，但是凹柵刻蝕需要精確地控制刻蝕深度且會引起刻蝕損傷。常見實現(xiàn)增強型的方法還有氟離子注入柵下勢壘層、P型GaN柵等，這些方法均是通過耗盡柵下2DEG來實現(xiàn)增強型，勢必導(dǎo)致高閾值電壓與大飽和輸出電流的矛盾關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述問題，提出一種極化摻雜增強型HEMT器件。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，如圖4所示：