[發明專利]一種能提高最大輸出功率的GaN HEMT

在審

• 申請號: 202110028991.4
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112864225A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 陳萬軍;史琦;段力冬;信亞杰;孫瑞澤
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/40;H01L29/778;H01L29/20
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種能提高最大輸出功率的GaN HEMT。相比于傳統GaN HEMT用單一的AlGaN作為勢壘層，本發明插入AlN勢壘層，并將其下方的AlGaN采用重摻雜，來和常規AlGaN一起構成GaN HEMT的勢壘區域。AlN勢壘層的使用可以改變溝道的電場分布，降低溝道峰值電場，進而提高器件耐壓。而重摻雜AlGaN的區域可以提高的二維電子氣濃度，進而改善器件的輸出電流。值得注意的是，考慮到器件性能和可靠性因素，除柵極下方AlGaN重摻雜區域采用重摻雜外，勢壘區的其它AlGaN仍采用常規摻雜濃度。同時，相比于傳統GaN HEMT結構，本發明引入場板設計，以進一步改善溝道電場，降低電場峰值，提高耐壓。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種能提高最大輸出功率的GaN HEMT。

背景技術

第三代寬禁帶半導體材料GaN因其與Si相比，具有寬禁帶、高臨界電場強度、高電子飽和速度、高熱導率等更為優良的特性，使得基于GaN制作的高遷移率晶體管在開關電源應用方面更具優勢。具體表現在兩方面，一是高工作頻率，GaN器件結構中的二維電子氣具有高遷移率和導通時電阻很小，使得開關電源可工作在MHz范圍內的同時，實現低功率損耗；二是高功率密度，系統工作頻率的增加會使得對應的無源元件如電感、電容的值減小，減小整個模塊的體積，進而提高功率密度。這些優勢使得GaN HEMT成為無線通信基站、雷達、汽車電子等高頻大功率領域應用中最佳的功率開關管選擇。但是目前受限于功率GaN器件的結構，商用的GaN HEMT器件大多數工作在中小功率范圍，這使得GaN HEMT器件的應用場合受到一定限制，因此有必要對于器件結構進行適當改進，使得GaN HEMT輸出更大的功率，得到更為廣泛的應用。

發明內容

為了解決現有技術的問題，本發明提出了一種提高GaN HEMT最大輸出功率的新結構。通過提高GaN HEMT器件的飽和輸出電流和耐壓，來提高GaN HEMT的最大輸出功率。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種能提高最大輸出功率的GaNHEMT，其特征在于，包括從下至上依次層疊設置的SiC襯底1、AlN成核過渡層2、GaN Buffer層3、AlN插入層4、AlGaN勢壘層5，在AlGaN勢壘層5上表面兩端分別具有源極10和漏極11，在AlGaN勢壘層5上層中部具有層疊設置的AlGaN重摻雜區域6和AlN勢壘層7，其中AlGaN重摻雜區域6位于AlN勢壘層7下表面，AlN勢壘層7上表面還具有柵極9；在源極10和柵極9、漏極11和柵極9之間的AlGaN勢壘層5上表面具有SiN鈍化層8，柵極9沿SiN鈍化層8上表面向靠近漏極11的方向延伸形成場板結構；所述AlGaN勢壘層5、AlGaN重摻雜區域6、AlN勢壘層7、AlN插入層4和GaN Buffer層3共同形成二維電子氣溝道，通過施加在柵極9及場板結構上的電壓來開啟或關斷二維電子氣溝道。

上述方案中，AlGaN勢壘層5、AlGaN重摻雜區域6與AlN勢壘層7一起構成器件的整個勢壘層，由于AlN勢壘層7的使用可以改善器件溝道電場分布，降低器件的溝道峰值電場，進而提高器件的耐壓。柵極及場板結構構成柵場板設計，通過場板的引入可以進一步改善溝道電場，降低電場峰值，進而進一步提高器件的耐壓。

進一步的，所述AlGaN重摻雜區域6與AlN勢壘層7的共同厚度等于AlGaN勢壘層5的厚度；AlGaN重摻雜區域6采用比常規勢壘層更高濃度的重摻雜，以提高該區域的二維電子氣濃度，進而提高輸出電流，降低由于柵極下方勢壘層變薄對輸出電流帶來的負面影響。

作為優選方式，所述SiC襯底層厚度為200um。

作為優選方式，所述AlN成核層厚度約為100nm。

作為優選方式，所述GaN Buffer層厚度約為3um。

作為優選方式，所述AlN插入層厚度約為2nm。

作為優選方式，所述AlGaN勢壘層厚度為40nm。