[發明專利]一種高壓p溝道HFET器件

有效

• 申請號: 201910948523.1
• 申請日: 2019-10-08
• 公開（公告）號: CN110649097B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 羅謙;姜玄青;文厚東;孟思遠
• 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: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種高壓p溝道HEMT器件，屬于半導體功率器件技術領域。鑒于在HEMT這類異質結器件上制備超結有較高的工藝難度，本發明針對p溝道HEMT器件提出了一種表面超結結構，通過在器件漂移區表面制備梳指狀的n型半導體條塊，并將該n型半導體條塊與源極進行電學連接，可在關斷條件下實現漂移區溝道大范圍耗盡，該耗盡區可耐受較高電壓，從而器件擊穿特性得以增強。另一方面，由于與源極連接的梳指狀n型表面耐壓結構僅覆蓋小部分漂移區面積，當器件導通時，與其關聯的寄生電阻和寄生電容也相對較小，這使得器件具有相對較好的直流導通特性和高頻特性。

技術領域

本發明屬于半導體功率器件技術領域，特別涉及一種具有與源極連接的梳指狀n型表面耐壓結構的p溝道HFET器件。

背景技術

在射頻、功率集成電路領域，隨著電路的集成度不斷提高，電路對器件的各項特性要求也越來越高。在傳統硅器件性能幾乎達到理論極限的情況下，亟需發展一種具有高頻、高速、大功率、低噪聲和低功耗等性能的新器件，以滿足高速大容量計算機和大容量遠距離通信的要求，半導體異質結器件應運而生。其中，異質結場效應晶體管(HeterostructureField-Effect Transistor，HFET)以其超高速、低功耗等優點(尤其在低溫下)，受到業內人士的廣泛關注。

HFET的基本結構就是一個調制摻雜異質結，以p溝道HFET器件為例，基本的HFET器件結構如圖1所示，自下而上依次為：襯底、緩沖層、勢壘層和電極。襯底(Substrate)上外延生長緩沖層(Buffer)，然后在緩沖層上生長勢壘層(Barrier)，該勢壘層可以根據具體情況選擇摻雜與否，而在勢壘層上分布著源極(Source)、柵極(Gate)和漏極(Drain)，源極和漏極一般通過合金化方法實現與二維導電溝道的歐姆接觸，而柵極與勢壘層形成肖特基接觸。在緩沖層和勢壘層接觸形成異質結界面進一步形成的三角形空穴勢阱中存在有二維空穴氣(2-DHG)，由于該空穴氣遠離表面態，同時在空間上和處在勢壘層的雜質中心是分離的，不受電離雜質散射的影響，所以有高的遷移率，通過柵電壓可以控制三角型空穴勢阱的深度和寬度，從而可以改變二維空穴氣的濃度，以達到控制HFET電流的目的。另外，如何提高器件的擊穿電壓是本領域的研究重點之一。因為HFET器件在工作狀態下，柵極和漏極邊緣形成的電場峰會降低器件的擊穿電壓，進而限制器件的最大輸出功率。因此，為了將HFET器件作為功率器件應用，高壓HFET器件的研究意義重大。有鑒于此，目前已經發展出多種耐壓結構，其中場板結構是最常見的一種。但是，場板結構對于工藝精度要求較高，且其對HFET的擊穿電壓提升有限，這限制了其在實際中的應用。另外，不乏研究者考慮借鑒LDMOS中的超結結構，提出在HFET中引入類似的超結，但是由于HFET是一種異質結外延器件，在工藝上比傳統Si基器件有更多限制，這造成現有針對HFET的超結結構實際上是一種多層外延結構，工藝難度較大，同時耐壓提升效果也有限。針對這一現狀，發展一種適用于HFET的類似于超結的新型耐壓結構十分必要。

發明內容

針對現有技術中針對HFET器件提出的耐壓結構存在工藝難度大，擊穿電壓提升有限等缺陷，本發明提供一種具有與源極連接的梳指狀n型表面耐壓結構的p溝道HFET器件。

為強化p溝道器件的耐壓特性，本發明提供如下技術方案：

一種高壓p溝道HFET器件，包括：襯底1，設置在襯底1上表面的緩沖層2，設置在緩沖層2上表面的勢壘層3和設置在勢壘層3上表面的柵極4、源極5和漏極6；緩沖層2和勢壘層3在其接觸界面形成異質結，在所述異質結界面上具有二維導電溝道9；所述源極5和漏極6分別設置在勢壘層3上兩側且均與所述二維導電溝道9形成歐姆接觸；所述柵極4設置在源極5和漏極6之間的勢壘層3上且與所述勢壘層3形成肖特基接觸；其特征在于，

柵極4與漏極6之間的勢壘層3上具有表面耐壓結構，所述表面耐壓結構包括多個梳指狀排列的n型半導體塊7，其中每個n型半導體塊7沿柵漏方向延伸；梳指狀排列的n型半導體塊7與所述柵極4與漏極6互不接觸，而與源極5進行電連接，使得梳指狀排列的n型半導體塊7與所述源極5相連。