[發(fā)明專利]一種抗單粒子燒毀的GaN器件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010002987.6
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111162117A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王穎;張飛;包夢恬;于成浩;曹菲;李興冀;楊劍群;呂鋼
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/20;H01L29/778
• 代理公司: 北京匯信合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11335
• 代理人: 張煥響

本發(fā)明公開一種抗單粒子燒毀的GaN器件，包括從下到上依次層疊設(shè)置的GaN底部緩沖層、GaN中間緩沖層、GaN溝道層、勢壘層、鈍化層；GaN中間緩沖層中設(shè)有夾層，夾層將GaN中間緩沖層分為上下兩層；GaN中間緩沖層上表面的兩端分別設(shè)有源電極和漏電極，鈍化層上設(shè)有凹槽絕緣柵結(jié)構(gòu)，源電極、漏電極和凹槽絕緣柵結(jié)構(gòu)貫穿鈍化層、勢壘層和GaN溝道層，并延伸至GaN中間緩沖層上表面；凹槽絕緣柵結(jié)構(gòu)包括凹槽，凹槽內(nèi)壁設(shè)有柵介質(zhì)，凹槽內(nèi)設(shè)有柵電極；本發(fā)明有效降低了粒子入射后器件中的瞬態(tài)電流，從而提高了GaN器件的抗單粒子燒毀性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件抗輻射加固技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種抗單粒子燒毀的GaN器件。

背景技術(shù)

功率半導(dǎo)體器件具有擊穿電壓高、驅(qū)動電流大、速度快、輸出功率大、功耗低等優(yōu)點，可實現(xiàn)不同范圍內(nèi)的功率控制和轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星和航天器的電源管理，在空間應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大的開發(fā)潛力。由于GaN材料出色的抗輻射特性，AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管(high-electron mobility transistors，HEMT)被認為是下一代的功率轉(zhuǎn)換器件的替代者，可以應(yīng)用于惡劣的輻射環(huán)境。近些年，各國學(xué)者研究了處于重離子輻射環(huán)境下的GaN器件的特性，實驗表明處于重離子輻射環(huán)境下的GaN器件會發(fā)生單粒子燒毀(single eventburnout，SEB)。

對于傳統(tǒng)的GaN器件，由于柵場板靠近漏電極附近的電場強度高，當(dāng)離子由柵場板靠近漏電極入射時，沿著離子入射軌跡產(chǎn)生大量的載流子，處于高場區(qū)域的載流子會碰撞電離出更多的載流子，從而導(dǎo)致SEB的發(fā)生，因此高場區(qū)就成為了器件的敏感區(qū)。目前，針對GaN器件的抗輻射加固的研究較少，因此，如何設(shè)計一種抗重離子輻射的GaN器件是目前急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種抗單粒子燒毀的GaN器件，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提高GaN器件的抗單粒子燒毀性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種抗單粒子燒毀的GaN器件，包括從下到上依次層疊設(shè)置的GaN底部緩沖層、GaN中間緩沖層、GaN溝道層、勢壘層、鈍化層；所述GaN中間緩沖層中設(shè)有夾層，所述夾層將所述GaN中間緩沖層分為上下兩層；所述GaN中間緩沖層上表面的兩端分別設(shè)有源電極和漏電極，所述源電極和漏電極貫穿所述鈍化層、勢壘層和GaN溝道層，并延伸至所述GaN中間緩沖層的上表面；所述鈍化層上設(shè)有凹槽絕緣柵結(jié)構(gòu)，所述凹槽絕緣柵結(jié)構(gòu)貫穿所述鈍化層、勢壘層和GaN溝道層，并延伸至所述GaN中間緩沖層的上表面；所述凹槽絕緣柵結(jié)構(gòu)包括凹槽，所述凹槽內(nèi)壁的底部和側(cè)面設(shè)有柵介質(zhì)，所述凹槽內(nèi)部設(shè)有柵電極。

優(yōu)選地，所述夾層為AlGaN，所述夾層的厚度為3nm。

優(yōu)選地，所述GaN中間緩沖層被所述夾層分為上層和下層，所述上層位于所述夾層上部，所述下層位于所述夾層下部，所述上層厚度小于所述下層厚度。

優(yōu)選地，所述GaN中間緩沖層的制作流程為：制作GaN中間緩沖層，在GaN中間緩沖層的上方外延夾層，在夾層的上方外延GaN中間緩沖層的剩余部分。

優(yōu)選地，所述GaN中間緩沖層的厚度為0.4μm，所述GaN底部緩沖層的厚度為1.6μm。

優(yōu)選地，所述GaN底部緩沖層的受主濃度高于所述GaN中間緩沖層的受主濃度。

優(yōu)選地，所述柵電極和所述源電極之間的距離為0.5μm，所述柵電極和所述漏電極之間的距離為6μm。

優(yōu)選地，所述鈍化層為淀積在所述勢壘層上表面的Si₃N₄，所述鈍化層的厚度為100nm。

優(yōu)選地，所述勢壘層為AlGaN，所述勢壘層中Al的組分為0.15，所述勢壘層的厚度為25nm。

優(yōu)選地，所述GaN溝道層的厚度為50nm。