[實(shí)用新型]一種SiC異質(zhì)結(jié)晶體管外延結(jié)構(gòu)及器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202021004350.2
• 申請(qǐng)日: 2020-06-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN212874491U
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鈕應(yīng)喜;左萬(wàn)勝;劉洋;張曉洪;劉錦錦;袁松;胡新星;史田超;史文華;鐘敏;郗修臻
• 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): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/16;H01L29/165;H01L29/04;H01L29/778
• 代理公司: 蕪湖安匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34107
• 代理人: 尹婷婷

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種SiC異質(zhì)結(jié)晶體管外延結(jié)構(gòu)及器件，所述SiC異質(zhì)結(jié)晶體管外延結(jié)構(gòu)由下至上依次包括C面4H?SiC襯底、4H?SiC外延層、N型3C?SiC外延層；該結(jié)構(gòu)中3C?SiC與4H?SiC形成的異質(zhì)結(jié)具有可忽略的熱匹配和晶格匹配，3C?SiC和4H?SiC在0001面的晶格失配小于0.1％，具有更好的界面結(jié)構(gòu)，其器件具有更好的穩(wěn)定性和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種SiC異質(zhì)結(jié)晶體管外延結(jié)構(gòu)及器件。

背景技術(shù)

目前全球95％以上的半導(dǎo)體元件，都是以第一代半導(dǎo)體材料硅作為基礎(chǔ)功能材料，主要應(yīng)用在微電子產(chǎn)業(yè)。不過(guò)，隨著電動(dòng)車、5G等新應(yīng)用興起，推動(dòng)高頻、高功率元件需求，基于硅材料的功率半導(dǎo)體的性能已經(jīng)接近其物理極限，無(wú)法滿足當(dāng)今社會(huì)中對(duì)能源高效轉(zhuǎn)換的要求，要進(jìn)一步提高電力電子器件的性能則需訴諸于綜合性能更優(yōu)越的第三代半導(dǎo)體。

氮化鎵GaN(gallium nitride)作為第三代半導(dǎo)體材料的代表之一，具有臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)、耐高溫和飽和電子漂移速度大等優(yōu)點(diǎn)，在電力電子領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。GaN基器件具有擊穿電壓高、開(kāi)關(guān)頻率高、工作結(jié)溫高和導(dǎo)通電阻低等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用在新型高效、大功率的電力電子系統(tǒng)。尤其Al-GaN/GaN形成的異質(zhì)結(jié)能夠自發(fā)產(chǎn)生高濃度和高電子遷移率二維電子氣2DEG，基于異質(zhì)結(jié)的器件可以有效提升品質(zhì)因子。

傳統(tǒng)AlGaN/GaN形成的異質(zhì)結(jié)，利用AlGaN勢(shì)壘層中的壓電極化和自發(fā)極化形成2DEG。其中壓電極化是由于AlGaN勢(shì)壘層晶格受GaN緩沖層影響發(fā)生形變所產(chǎn)生的。勢(shì)壘層中Al組分越高，異質(zhì)結(jié)導(dǎo)帶帶階越大，自發(fā)極化與壓電極化效應(yīng)越強(qiáng)、誘生的2DEG面密度越高。但是隨著勢(shì)壘層中Al組分的提高， AlGaN勢(shì)壘層與GaN緩沖層之間的晶格失配增加，AlGaN勢(shì)壘層所受張應(yīng)力也更大，當(dāng)勢(shì)壘層厚度超過(guò)臨界厚度時(shí)便會(huì)發(fā)生應(yīng)變弛豫，產(chǎn)生大量失配位錯(cuò)及龜裂，勢(shì)壘層材料質(zhì)量嚴(yán)重退化，使得2DEG受到的界面粗糙度散射及缺陷散射的影響增強(qiáng)，2DEG的輸運(yùn)性能也會(huì)大大降低。

實(shí)用新型內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種SiC異質(zhì)結(jié)晶體管外延結(jié)構(gòu)及器件。該結(jié)構(gòu)中3C-SiC與4H-SiC形成的異質(zhì)結(jié)具有可忽略的熱匹配和晶格匹配，3C-SiC和4H-SiC在0001面的晶格失配小于0.1％，具有更好的界面結(jié)構(gòu)，其器件具有更好的穩(wěn)定性和可靠性。

本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為：

一種SiC異質(zhì)結(jié)晶體管外延結(jié)構(gòu)，所述SiC異質(zhì)結(jié)晶體管外延結(jié)構(gòu)由下至上依次包括C面4H-SiC襯底、4H-SiC外延層、N型3C-SiC外延層。

進(jìn)一步地，所述C面4H-SiC襯底和4H-SiC外延層之間還包括P型4H-SiC 緩沖層。

進(jìn)一步地，所述C面4H-SiC襯底和4H-SiC外延層之間還包括P型4H-SiC 外延層。

進(jìn)一步地，所述C面4H-SiC襯底和4H-SiC外延層之間還包括P型4H-SiC 緩沖層和P型4H-SiC外延層；所述P型4H-SiC緩沖層位于P型4H-SiC外延層的下面。

進(jìn)一步地，所述P型4H-SiC緩沖層的厚度為20～200nm；所述P型4H-SiC 緩沖層中Al摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁸cm^-3。P型4H-SiC緩沖層可緩沖襯底與P型4H-SiC摻雜濃度差形成的失配應(yīng)力，厚度太薄難以有效緩沖失配應(yīng)力，厚度太厚，降低器件耐壓能力；摻雜濃度越低，降低耐壓能力，摻雜濃度太高，失配應(yīng)力變大，難以起到緩沖作用。