[發明專利]p型金屬氧化物電流阻擋層Ga2

有效

• 申請號: 202110690729.6
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113421914B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 張春福;黃鈺文;陳大正;許育;張進成;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/10;H01L29/24;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;王喜媛

本發明公開了一種p型金屬氧化物電流阻擋層Ga₂O₃垂直金屬氧化物半導體場效應晶體管，主要解決現有技術無法形成pn結，導致擊穿電壓低的問題。其自下而上包括：漏極(1)、氧化鎵襯底(2)、氧化鎵漂移層(3)、氧化鎵溝道層(4)、柵介質層(5)、柵極(6)，該氧化鎵漂移層(3)的兩側設置有電流阻擋層(7)、中間設置有電流孔徑(8)，氧化鎵溝道層(4)和柵介質層(5)的兩側設置有源極(9)，該電流阻擋層(7)采用摻雜有硼元素的p型金屬氧化物材料，且分別與氧化鎵漂移層(3)和氧化鎵溝道層(4)形成兩個異質結。本發明大幅度提升了器件的擊穿電壓，可應用于工業電力以及汽車電力系統的大功率器件。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種Ga₂O₃垂直金屬氧化物半導體場效應晶體管MOSFET，可應用于工業電力以及汽車電力系統的大功率器件。

背景技術

隨著現代半導體功率器件的不斷發展，傳統硅基器件的性能已經快做到理論的極限，要想突破這個極限，就需要有著更加優良特性的材料。Ga₂O₃是一種寬禁帶化合物半導體材料，其禁帶寬度在4.5～4.9eV之間，有著3000以上的Bliga優值以及良好且可控的n型摻雜。Ga₂O₃襯底可以很容易地通過熔融法生長，該襯底有著高質量、大尺寸、低成本的優勢。憑借著其超寬的禁帶，Ga₂O₃的理論臨界場強高達8MV/cm，其是Si的20多倍，是SiC及GaN的2倍以上，這使得Ga₂O₃在功率半導體領域有著得天獨厚的優勢，可以做出耐壓更高、面積更小的功率器件。雖然Ga₂O₃材料有著種種優勢，但是其也存在一些棘手的問題，比如其p型摻雜存在有效空穴質量大、受主激活能高的問題。由于該問題的存在，導致了制備的Ga₂O₃垂直MOSFET很難獲得高的開關比，從而很大程度上限制了該類器件的發展。

目前，Ga₂O₃垂直型型器件主要有兩類，一類是鰭柵式Ga₂O₃垂直MOSFET，另一類是有著電流阻擋層的Ga₂O₃垂直MOSFET。鰭柵式Ga₂O₃垂直MOSFET有著相對較好的器件性能，如2000V以上的擊穿電壓，但是其制備工藝十分復雜，實現較為困難?？紤]到目前的制備工藝，有望實現的器件是電流阻擋層的Ga₂O₃垂直型 MOSFET。在高功率器件領域內，電流阻擋層Ga₂O₃垂直MOSFET有著諸多的優勢：一是由于該器件是垂直型器件，所以其擊穿電壓可以做得比橫向器件來得大，同時制備的器件面積更小；二是因為Ga₂O₃有著大的禁帶寬度，所以其抗輻照特性更好。而對于增強型流阻擋層Ga₂O₃垂直MOSFET更具有誘人的因素，比如該器件工作在增強型模式下，所以在設計汽車高功率電子芯片時無需再重新設計負柵壓的電源，大大減小了芯片設計的成本。基于以上優勢，增強型電流阻擋層Ga₂O₃垂直MOSFET 將在未來的高功率領域內發光發熱。