[發(fā)明專利]隧穿增強(qiáng)型垂直結(jié)構(gòu)的HEMT器件

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010714616.0
• 申請(qǐng)日: 2020-07-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113972268A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蕪湖啟迪半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/423
• 分類號(hào): H01L29/423;H01L29/06;H01L29/47;H01L29/778
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 尚偉凈

本發(fā)明提出了隧穿增強(qiáng)型垂直結(jié)構(gòu)的HEMT器件。該HEMT器件包括：襯底；緩沖層，設(shè)置在襯底的一個(gè)表面上；電流阻擋層，設(shè)置在緩沖層遠(yuǎn)離襯底的表面；溝道層，覆蓋電流阻擋層和部分的緩沖層；源極，設(shè)置在溝道層遠(yuǎn)離電流阻擋層的表面；勢(shì)壘層，設(shè)置在溝道層遠(yuǎn)離襯底的表面且與源極接觸；絕緣介質(zhì)層，覆蓋勢(shì)壘層和另一部分的緩沖層；柵極，設(shè)置在絕緣介質(zhì)層遠(yuǎn)離緩沖層的表面且設(shè)置在源極的兩側(cè)；漏極，設(shè)置在襯底遠(yuǎn)離緩沖層的表面。本發(fā)明的垂直結(jié)構(gòu)HEMT器件，其柵極設(shè)計(jì)在靠近源極的兩側(cè)，電流阻擋層設(shè)計(jì)在源極的下方，具有較高功函數(shù)的源極金屬與異質(zhì)結(jié)接觸面的二維電子氣相接觸，形成肖特基結(jié)，在柵極的調(diào)控下，形成的隧穿電流可用于制備增強(qiáng)型HEMT器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體的，本發(fā)明涉及隧穿增強(qiáng)型垂直結(jié)構(gòu)的HEMT器件。

背景技術(shù)

現(xiàn)階段的氮化鎵(GaN)高電子遷移率晶體管(HEMT)結(jié)構(gòu)以橫向器件為主。橫向器件主要包括襯底、GaN緩沖層、AlGaN勢(shì)壘層以及AlGaN勢(shì)壘層上形成的源極、漏極和柵極，其中，源極和漏極與AlGaN勢(shì)壘層形成歐姆接觸，柵極與AlGaN勢(shì)壘層形成肖特基接觸。但是，對(duì)于橫向GaN HEMT而言，在截止?fàn)顟B(tài)下，從源極注入的電子可以經(jīng)過(guò)GaN緩沖層到達(dá)漏極而形成漏電通道，過(guò)大的緩沖層泄漏電流還會(huì)導(dǎo)致器件提前擊穿，無(wú)法充分發(fā)揮GaN材料的高耐壓優(yōu)勢(shì)，從而限制GaN HEMT在高壓方面的應(yīng)用。同時(shí)，橫向GaN HEMT器件主要依靠柵極與漏極之間的有源區(qū)來(lái)承受耐壓，要獲得大的擊穿電壓，就需設(shè)計(jì)很大的柵極與漏極的間距，從而增大芯片面積，不利于現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)便攜化、小型化的發(fā)展趨勢(shì)。

與橫向GaN HEMT相比，垂直GaN HEMT存在以下優(yōu)勢(shì)：器件耐壓不再受到橫向尺寸的限制，即器件主要通過(guò)柵極與漏極之間的縱向間距來(lái)承受耐壓，器件橫向尺寸可以設(shè)計(jì)得非常小，從而有效節(jié)省芯片面積；同時(shí)，p-GaN電流阻擋層與n-GaN緩沖層之間形成的p-n結(jié)可以有效阻擋從源極注入的電子，從而抑制器件緩沖層泄漏電流。

雖然，垂直HEMT結(jié)構(gòu)能兼顧耐壓和小型化設(shè)計(jì)，但是，仍屬于一種耗盡型的GaNHEMT器件。所以，將垂直結(jié)構(gòu)的HEMT器件應(yīng)用到大功率開(kāi)關(guān)電路中時(shí)，為了電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單和安全方面考慮，需要增強(qiáng)垂直GaN HEMT。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是基于發(fā)明人的下列發(fā)現(xiàn)而完成的：

本發(fā)明的發(fā)明人在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)隧穿機(jī)制增強(qiáng)垂直結(jié)構(gòu)的HEMT器件，具體地，將柵極制備在源極的兩側(cè)且電流阻擋層設(shè)計(jì)在源極的下方，導(dǎo)通電子從柵極與源極之間的勢(shì)壘層與溝道層的接觸界面通過(guò)，并沿垂直方向經(jīng)過(guò)緩沖層和襯底而到達(dá)漏極，如此，形成的隧穿電流可以實(shí)現(xiàn)器件的常關(guān)特性。

在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出了一種隧穿增強(qiáng)型垂直結(jié)構(gòu)的HEMT器件。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述HEMT器件，包括：襯底；緩沖層，所述緩沖層設(shè)置在所述襯底的一個(gè)表面上；電流阻擋層，所述電流阻擋層設(shè)置在所述緩沖層遠(yuǎn)離所述襯底的表面；溝道層，所述溝道層覆蓋所述電流阻擋層和部分的所述緩沖層；源極，所述源極設(shè)置在所述溝道層遠(yuǎn)離所述電流阻擋層的表面；勢(shì)壘層，所述勢(shì)壘層設(shè)置在所述溝道層遠(yuǎn)離所述襯底的表面，且與所述源極接觸；絕緣介質(zhì)層，所述絕緣介質(zhì)層覆蓋所述勢(shì)壘層和另一部分的所述緩沖層；柵極，所述柵極設(shè)置在所述絕緣介質(zhì)層遠(yuǎn)離所述緩沖層的表面，且設(shè)置在所述源極的兩側(cè)；漏極，所述漏極設(shè)置在所述襯底遠(yuǎn)離所述緩沖層的表面。

本發(fā)明實(shí)施例的垂直結(jié)構(gòu)HEMT器件，其柵極設(shè)計(jì)在靠近源極的兩側(cè)，電流阻擋層設(shè)計(jì)在源極的下方，且漏極設(shè)計(jì)在襯底的背面，具有較高功函數(shù)的源極金屬與異質(zhì)結(jié)接觸面的二維電子氣相接觸，形成肖特基結(jié)，在柵極的調(diào)控下，制備出增強(qiáng)型HEMT器件，，從而提高垂直結(jié)構(gòu)的HEMT器件應(yīng)用到大功率開(kāi)關(guān)電路中的安全性能。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的HEMT器件，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：