[發(fā)明專利]一種具有鈍化層漸變氟離子終端的GaN HMET器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110038284.3
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112864243B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏杰;鄧思宇;郗路凡;孫濤;賈艷江;廖德尊;張成;羅小蓉
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發(fā)明屬于功率半導體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有鈍化層漸變氟離子終端的GaN HMET器件。本發(fā)明主要特征在于：在器件柵極和漏級之間引入氟離子注入終端結(jié)構(gòu)，且氟離子注入?yún)^(qū)域面積由靠近柵極一側(cè)向漏極一側(cè)逐漸減小，有效降低柵極邊緣電場尖峰，并在漂移區(qū)中部引入新的電場尖峰，調(diào)制器件橫向電場；氟離子注入終端結(jié)構(gòu)位于厚鈍化層中，可避免離子注入對AlGaN材料的物理損傷和對2DEG遷移率的影響，改善器件特性并抑制電流崩塌。本發(fā)明的有益效果為，該結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)更高的耐壓以及更小的比導通電阻。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率半導體技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種具有鈍化層漸變氟離子終端的GaN HMET器件。

背景技術(shù)

基于GaN材料的HEMT在大電流、低功耗、高壓開關(guān)器件應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。對于AlGaN/GaN HEMT器件而言，由于柵邊緣存在電場尖鋒、泄漏電流過大等原因?qū)е缕骷崆皳舸淠蛪哼h未達到GaN材料的理論極限。氟離子注入終端可降低柵邊緣電場尖峰并引入新的電場尖峰，有效提升器件耐壓。特別的，漸變摻雜的氟離子注入終端更能有效的改善器件表面場。但氟離子注入不穩(wěn)定，且受限于工藝。

在具有氟離子注入終端的常規(guī)HEMT結(jié)構(gòu)中，氟離子注入到較薄的AlGaN勢壘層中會影響2DEG的輸運特性，導致器件性能退化。氟離子注入到較厚的鈍化層中可以保證離子注入?yún)^(qū)域遠離2DEG溝道，避免離子注入對AlGaN材料的物理損傷和對2DEG遷移率的影響，最終改善器件的動態(tài)特性并抑制電流崩塌。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明基于HEMT器件應(yīng)用的需要，提出一種具有鈍化層漸變氟離子終端的GaNHMET器件。通過引入漸變氟離子注入終端來提高器件的耐壓，同時采用在厚鈍化層中注入，避免了離子注入對AlGaN材料的物理損傷和對2DEG遷移率的影響。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種具有鈍化層漸變氟離子終端的GaN HMET器件，包括沿器件垂直方向自下而上依次層疊設(shè)置的襯底層1、GaN緩沖層2、溝道層3、勢壘層4、頂部GaN層5以及鈍化層6；沿器件橫向方向，器件表面從一側(cè)到另一側(cè)依次具有源極結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)、在鈍化層中的氟離子注入終端10以及漏級結(jié)構(gòu)，源極結(jié)構(gòu)和漏極結(jié)構(gòu)位于器件上表面的兩端；

所述源極結(jié)構(gòu)沿器件垂直方向貫穿鈍化層6和頂部GaN層5延伸至勢壘層4中，源極結(jié)構(gòu)由第一導電材料7構(gòu)成；所述第一導電材料7上表面引出源極；所述源極結(jié)構(gòu)為歐姆接觸；

所述漏極結(jié)構(gòu)沿器件垂直方向貫穿鈍化層6和頂部GaN層5延伸至勢壘層4中，漏極結(jié)構(gòu)由第二導電材料9構(gòu)成；所述第二導電材料9上表面引出源極；所述漏極結(jié)構(gòu)為歐姆接觸；

所述柵極結(jié)構(gòu)沿器件垂直方向貫穿鈍化層6后與頂部GaN層5上表面接觸，柵極結(jié)構(gòu)由第三導電材料8構(gòu)成；所述第三導電材料8上表面引出柵極；所述柵極結(jié)構(gòu)為肖特基接觸；

所述柵極結(jié)構(gòu)和源極結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)和漏極結(jié)構(gòu)之間的頂部GaN層5上表面為鈍化層6；

所述氟離子注入終端10嵌入設(shè)置在柵極結(jié)構(gòu)與漏極結(jié)構(gòu)之間的鈍化層6中，且氟離子注入終端10底部不與頂部GaN層5接觸；沿器件縱向方向，氟離子注入終端10分為多個形狀相同但是不連續(xù)的區(qū)域，每個區(qū)域中，沿柵極結(jié)構(gòu)到漏極結(jié)構(gòu)的方向，氟離子注入?yún)^(qū)域的面積逐漸遞減；

所述器件縱向方向為同時與器件橫向方向和器件垂直方向均垂直的第三維度方向；

本發(fā)明總的技術(shù)方案，基于氟離子注入終端技術(shù)，在器件橫向方向柵漏之間引入?yún)^(qū)域面積漸變的氟離子注入終端，相較于普通氟離子注入終端能更有效平整器件表面場提升器件耐壓，同時終端結(jié)構(gòu)在工藝上可通過一張板一次氟離子注入完成，工藝要求簡單；同時在厚鈍化層進行氟離子注入可以保證離子注入?yún)^(qū)域遠離2DEG溝道，避免離子注入對AlGaN材料的物理損傷和對2DEG遷移率的影響，最終改善器件的耐壓特性并抑制電流崩塌。