[發明專利]具有AlGaN/GaN異質結的氮化鎵橫向晶體管及其制作方法

有效

• 申請號: 201910080209.6
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109817711B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 段寶興;王彥東;黃蕓佳;楊銀堂
• 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;H01L21/335
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

本發明提出了一種具有AlGaN/GaN異質結的氮化鎵橫向晶體管及其制作方法。該器件的部分漂移區為AlGaN/GaN異質結；AlGaN/GaN異質結通過自發極化和壓電極化效應在異質結界面處形成高密度二維電子氣(two dimensional electron gas，2DEG)，二維電子氣具有很高的遷移率，從而使具有AlGaN/GaN異質結的氮化鎵新型橫向晶體管具有很低的導通電阻。器件關斷時，2DEG耗盡，同時在器件表面引入了新的電場峰，降低了橫向晶體管柵邊緣的高峰電場，提高了器件的擊穿電壓。

技術領域

本發明涉及功率半導體器件領域，具體涉及一種橫向半導體場效應管晶體管。

背景技術

橫向半導體場效應管具有易集成，熱穩定性好，較好的頻率穩定性，低功耗，多子導電，功率驅動小，開關速度高等優點是智能功率電路和高壓器件的核心。由于便攜式電源管理和汽車電子產品的市場需求日益增長，在全球范圍內受到越來越多的關注。

高壓橫向雙擴散晶體管的比導通電阻隨著擊穿電壓的增加2.0次方增加，使其在高壓領域受到了極大地限制。1979年提出的一種降低器件表面電場(Reduced SurfaceField,RESURF)的技術，能很好地緩解器件的比導通電阻隨著擊穿電壓增加的矛盾關系，RESURF技術被廣泛的應用于橫向高壓功率器件中。

然而，由于以Si為代表的第一代半導體材料的局限性，使得第三代寬禁帶半導體材料因其優異的性能得到了飛速發展。寬禁帶半導體材料由于具有禁帶寬度大，電子漂移飽和速度高、介電常數小、導電性能好的特點，其本身具有的優越性質及其在功率器件領域應用中潛在的巨大前景。然而，由于AlGaN/GaN異質結晶體管具有特殊的耐壓機理，獲得高耐壓的AlGaN/GaN異質結晶體管十分困難。

發明內容

本發明提出了一種具有AlGaN/GaN異質結的氮化鎵橫向晶體管，不僅突破了橫向器件中隨著漂移區長度增加導通電阻大幅增加的問題，還降低了柵邊緣的高峰電場，大幅度提高器件的性能。

本發明的技術方案如下：

該具有AlGaN/GaN異質結的氮化鎵橫向晶體管，包括：

半導體材料的襯底；

位于襯底表面的漂移區；

基于漂移區的一端通過離子注入形成的基區、源區以及溝道襯底接觸；基區表面覆蓋有柵介質層；

基于漂移區的另一端通過離子注入形成的漏區；

有別于現有技術的是：

所述襯底為P型GaN材料，所述漂移區為N型GaN材料；

在漂移區靠近漏端的區域還通過異質外延形成有AlGaN層，AlGaN/GaN異質結長度大于漂移區余下區域(基區與異質結之間的區域)的長度；

在基區、源區以及溝道襯底接觸下方的襯底處還通過離子注入形成有P型屏蔽層。

進一步的，襯底的摻雜濃度根據設計的擊穿電壓確定，典型摻雜濃度范圍為1×10¹⁵cm^-3～1×10¹⁷cm^-3。

進一步的，N型漂移區的摻雜濃度根據設計的擊穿電壓確定，典型摻雜濃度范圍為1×10¹⁶cm^-3～1×10¹⁸cm^-3。

進一步的，P型屏蔽層的摻雜濃度根據設計的擊穿電壓確定，典型摻雜濃度范圍為1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3。

進一步的，AlGaN/GaN異質結的長度占整個漂移區的比例典型值為1/2～1。