[發明專利]一種半導體器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202210270769.X
• 申請日: 2022-03-18
• 公開（公告）號: CN114823847A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 林威;沈劍飛
• 申請（專利權）人: 華為數字能源技術有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 劉辰雷;陳霽

本申請涉及電子器件技術領域，具體涉及一種半導體器件及其制備方法，其中，該半導體器件包括：襯底；位于襯底之上P型半導體層；位于P型半導體層之上，且和P型半導體層接觸的緩沖層；位于緩沖層之上的溝道層；位于溝道層之上的勢壘層；以及源極、柵極和漏極；其中，P型半導體層和源極連接。該半導體器件可以有效抑制電流坍塌，保持性能穩定。

技術領域

本申請涉及電子器件技術領域，具體涉及一種半導體器件及其制備方法。

背景技術

半導體器件是一種導電性介于良導電體與絕緣體之間，利用半導體材料的特殊電特性來完成特定功能的電子器件。半導體器件具有產生、控制、接收、變換、放大信號以及轉換能量等用途，因此，半導體器件在多個領域具有廣泛應用。例如，在無線通信領域，半導體器件可以用作功率放大器(power amplifier，PA)。在無線充電領域，半導體器件可以作為電源適配器的功率器件。

作為第三代半導體器件的氮化鎵(gallium nitride，GaN)器件，具有禁帶寬度大、效率高等性能。在高速小型化等應用場景，氮化鎵器件具有傳統硅基功率器件不可比擬的優勢。隨著無線通信技術、物聯網(internet of things，IoT)等的發展，以及供電系統對節能減排等的需求，亟待氮化鎵器件在功率變化等領域的推廣使用。

氮化鎵器件的性能受到電流坍塌(current collapse)的影響。電流坍塌又稱電流崩塌，是一種動態電導退化現象，即器件在交流或者脈沖工作條件下，輸出性能因缺陷態(trapped)的影響突然出現大幅度下降，同時可隨時間緩慢恢復性能的現象。參閱圖1，電流坍塌表現為導通電阻變大、器件跨導下降、輸出電流降低，進而導致器件的性能下降。

因此，抑制氮化鎵器件的電流坍塌，有助于提高氮化鎵器件的性能。

發明內容

本申請實施例提供了一種半導體器件及其制備方法，可有效抑制電流坍塌，保持性能穩定。

第一方面，提供了一種半導體器件，包括：襯底；位于襯底之上P型半導體層；位于P型半導體層之上，且和P型半導體層接觸的緩沖層；位于緩沖層之上的溝道層；位于溝道層之上的勢壘層；以及源極、柵極和漏極；其中，P型半導體層和源極連接。

在該半導體器件中，P型半導體和源極連接，使得P型半導體保持和源極同樣或者相差很小的電位；并且，緩沖層位于P型半導體層之上，當緩沖層中的缺陷態俘獲并束縛電子時，緩沖層具有較高的負電位。從而在緩沖層和P型半導體層間形成較高的電勢差。在電場力的作用下，P型半導體層中的空穴可以注入到緩沖層，并與緩沖層中負電荷中和，釋放緩沖層中缺陷態所俘獲的電子，從而使得緩沖層的電位趨近于0V，抑制緩沖層中的缺陷態所導致的電流坍塌。

其中，在該半導體器件中，緩沖層直接位于P型半導體層上，與P型半導體層上的接觸面較大。并且，緩沖層可以是在P型半導體層上進行一次外延生長得到的，緩沖層和P型半導體層之間界面的晶格質量高，從而大幅地減小了P型半導體層和緩沖層間的接觸電阻，使得P型半導體層注入的空穴電流更大。

另外，P型半導體層直接位于緩沖層的下方，大幅縮小了P型半導體層注入到緩沖層的空穴向負電荷集聚區漂移的距離，從而可以快速且有效地降低緩沖層中的負電位，有效地抑制緩沖層的缺陷態所導致的電流坍塌。特別是，柵極下的缺陷態以及漏極下的缺陷態，離P型半導體層比較近。P型半導體層向緩沖層注入的空穴可以與這些缺陷態束縛的負電荷中和，有效地抑制緩沖層的缺陷態所導致的電流坍塌。

在一種可能的實施方式中，該半導體器件還包括：與P型半導體層接觸的P型歐姆接觸電極，其中，P型半導體層通過P型歐姆接觸電極和源極連接。

在該實施方式中，P型半導體層通過P型歐姆接觸電極和源極連接，從而降低P型半導體和源極之間的電阻，盡可能減少P型半導體層和源極之間的電位差，使得P型半導體層可以保持與源極相同或者相差很小的電位。