[發(fā)明專利]一種集成反向二極管和內(nèi)嵌漏極場板的橫向擴(kuò)散eGaN HEMT器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910429419.1
• 申請日: 2019-05-22
• 公開（公告）號(hào): CN110212028B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張士英;徐慶君;韋德泉;李振華;劉建波;張彬
• 申請（專利權(quán)）人: 山東建筑大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/778
• 分類號(hào): H01L29/778;H01L29/40;H01L29/08;H01L29/06
• 代理公司: 棗莊小度智慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37282
• 代理人: 鄭素娟

本發(fā)明公開了一種集成反向二極管和內(nèi)嵌漏極場板的橫向擴(kuò)散eGaN HEMT器件，包括GaN緩沖層、AlGaN勢壘層、柵極電極、柵下絕緣層、源極電極、源極電極延伸段、源極場板、MIS肖特基二極管延伸段、MIS肖特基二極管絕緣層、p型GaN或凹槽、漏極電極、鈍化層、AlN錯(cuò)層漏極內(nèi)嵌場板，MIS肖特基二極管絕緣層制備于源極場板向MIS肖特基二極管延伸段以及AlGaN勢壘層表面中間區(qū)域，二極管靠漏極側(cè)采用p?GaN或凹槽，提升器件擊穿特性，漏極下方采用內(nèi)嵌的錯(cuò)層場板，提升漏極向襯底抗擊穿的能力，錯(cuò)層設(shè)計(jì)適應(yīng)漏極電場自右向左的漸變型分布，提升器件的擊穿特性，延長源極場板并包裹柵極，柵漏側(cè)形成MIS肖特基二極管，二極管做成分塊隔離的方式，極大地提升漏極電流。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別是一種集成反向二極管和內(nèi)嵌漏極場板的橫向擴(kuò)散eGaN HEMT器件。

背景技術(shù)

以GaN、AlGaN為代表的第三代半導(dǎo)體材料，自身有極強(qiáng)的自發(fā)極化，當(dāng)形成GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)時(shí)，由于晶格常數(shù)差異所帶來的壓電極化也非常強(qiáng)，再加上GaN和AlGaN兩種材料的導(dǎo)帶存在大的導(dǎo)帶不連續(xù)性，使得在GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)中可以形成天然的體密度高達(dá)10¹⁹量級(jí)的高濃度二維電子氣（2DEG）。

由GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)成的高電子遷移率晶體管（ GaN HEMT ）的結(jié)構(gòu)相比Si基MOSFET簡單，無須摻雜，且層間材料禁帶寬、介電常數(shù)高，使得其結(jié)電容很小，因而其工作頻率可達(dá)百倍于Si基 MOSFET 。高頻工作以及小結(jié)電容的特點(diǎn)還能使其在開關(guān)電源應(yīng)用中的能耗進(jìn)一步節(jié)省40%，功率密度提升3倍，系統(tǒng)成本降低20%。

eGaN HEMT器件是增強(qiáng)型GaN HEMT的簡縮寫，該型器件具有導(dǎo)通阻抗低、擊穿電場高、耐溫和耐輻照能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為能夠替代Si基MOSFET的強(qiáng)勁對手。但是，由于該型器件存在非常高密度的材料缺陷，使得其在高電壓下工作可靠性存在嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，比如電流崩塌、動(dòng)態(tài)導(dǎo)通阻抗增加、Kink效應(yīng)以及柵、漏延遲等，其擊穿特性也往往難以達(dá)到理想的目標(biāo)。另外，該型器件在不作特殊處理的情況下是不存在反向體二極管的，而其反向?qū)ㄌ匦噪S電流和溫度的增加急劇惡化。因此，研究如何提升該型器件的反向?qū)ㄌ匦砸约叭绾翁嵘撔推骷诟唠妶鱿碌碾姎庑阅艹蔀榱水?dāng)前的熱點(diǎn)。

現(xiàn)階段，常規(guī)的eGaN HEMT器件結(jié)構(gòu)，主要存在以下2個(gè)重大缺點(diǎn)：無集成的反向二極管，器件在反向工作時(shí)，因?yàn)榉聪驅(qū)▔航蹈叨蛊涔ぷ鲹p耗大，另外，其反向?qū)ㄌ匦噪S電流和溫度的增加還存在急劇惡化的問題；柵極靠漏極側(cè)無輕耗盡區(qū)，也無內(nèi)嵌場板，器件在柵極側(cè)存在很強(qiáng)的峰值電場，使得器件的柵漏容易被擊穿，因而擊穿特性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種集成反向二極管和內(nèi)嵌漏極場板的橫向擴(kuò)散eGaN HEMT器件。為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種集成反向二極管和內(nèi)嵌漏極場板的橫向擴(kuò)散eGaN HEMT器件，其特征在于，包括GaN緩沖層、AlGaN勢壘層、柵極電極、柵下絕緣層、源極電極、源極電極延伸段、源極場板、源極場板向MIS肖特基二極管延伸段、 MIS肖特基二極管絕緣層、p型GaN或凹槽、漏極電極、鈍化層、AlN錯(cuò)層漏極內(nèi)嵌場板，MIS肖特基二極管絕緣層制備于源極場板向MIS肖特基二極管延伸段以及AlGaN勢壘層表面中間區(qū)域。

優(yōu)選的，所述錯(cuò)層漏極根據(jù)漏極電場分布分成3部分錯(cuò)層形狀，第一部分從MIS肖特基二極管絕緣層區(qū)域下方延伸至、p型GaN區(qū)域下方附近，第二部分從p型GaN區(qū)域下方附近延伸至漏極電極區(qū)域下方左側(cè)附近，第三部分位于漏極電極區(qū)域下方及部分左側(cè)區(qū)域。

優(yōu)選的，所述錯(cuò)層漏極位于漏極側(cè)，采用內(nèi)嵌式安裝，且其材質(zhì)為AlN，與GaN、AlGaN材質(zhì)相匹配且相似，易于制備。