[发明专利]一种具有局部帽层的氮化镓基异质结场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，具体涉及一种具有局部帽层结构的氮化镓基异质结场效应晶体管。

背景技术

氮化镓(GaN)基异质结场效应晶体管具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和速度高、导热性能好、抗辐射和良好的化学稳定性等优异特性，同时氮化镓(GaN)材料可以与铝镓氮(AlGaN)等材料形成具有高浓度和高迁移率的二维电子气异质结沟道，因此特别适用于高压、大功率和高温应用，是电力电子应用最具潜力的晶体管之一。

图1为基于现有技术的传统GaN HFET结构示意图，主要包括：衬底101，氮化镓(GaN)缓冲层102，氮化镓(GaN)沟道层103，铝镓氮(AlGaN)势垒层104以及铝镓氮(AlGaN)势垒层104上设置的源极105、漏极106和栅极107，其中源极106和漏极107均与铝镓氮(AlGaN)势垒层104形成欧姆接触，栅极108与铝镓氮(AlGaN)势垒层104形成肖特基接触。但是对于上述传统的GaN HFET而言，当器件承受耐压时，由于栅极和漏极之间沟道二维电子气不能够完全耗尽，使得沟道电场主要集中在栅极边缘，导致器件在较低的漏极电压下便被击穿；同时，从源极注入的电子可以经过GaN缓冲层到达漏极，形成漏电通道，过大的缓冲层泄漏电流同样会导致器件提前击穿，无法充分发挥GaN材料的高耐压优势，从而限制GaN HFET在高压方面的应用。

在本发明提出以前，为了使栅极与漏极之间电场分布更加均匀，抑制缓冲层泄漏电流，提高器件击穿电压，通常使用以下方法：

(1)使用表面场板技术[D.Vislalli et al.,“Limitations of Field Plate Effect Due to the Silicon Substrate in AlGaN/GaN/AlGaN DHFETs”,IEEE Trans.Electron Devices,Vol.57,No.12,p.3333-3339(3060)]。场板结构可以有效地耗尽其下的沟道二维电子气，扩展栅极与漏极之间的二维电子耗尽区域，使栅漏之间的电场分布更加均匀，从而达到提高击穿电压的目的。但场板结构依然无法完全耗尽栅极与漏极之间的沟道二维电子气，同时无法抑制缓冲层泄漏电流，不能充分发挥GaN材料的耐压优势，同时场板结构也会退化器件的频率特性。

(2)在缓冲层内掺入碳、铁等杂质[Eldad Bahat-Treidel et al.，“AlGaN/GaN/GaN:C Back-Barrier HFETs WithBreakdown Voltage of Over 1kV and LowRON×A”,Trans.on Electron Devices,Vol.57,No.11,p.3050-3058(3060)]。碳、铁等杂质会在GaN缓冲层内引入深能级电子陷阱，俘获从源极注入的电子，增大缓冲层电阻，同时被电子占据的陷阱有助于耗尽沟道中二维电子气，使器件沟道电场分布更加均匀。但是该技术不能完全耗尽沟道中的二维电子气，无法充分发挥GaN材料的耐压优势，同时碳、铁等杂质引入的深能级陷阱会导致诸如导通电阻增大、输出电流下降、电流崩塌效应和反应速度下降等负面影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有耐压能力的氮化镓基异质结场效应管。

本发明采用如下述技术方案：一种具有局部帽层的氮化镓基异质结场效应管，从下至上依次主要由衬底101、氮化镓(GaN)缓冲层102、氮化镓(GaN)沟道层103以及势垒层104组成，在势垒104层上表面设有源极106、漏极107和栅极108，源极106和漏极107均与势垒层104成欧姆接触，栅极108与势垒层104成肖特基接触；在势垒层104的上表面、并于源极106与栅极107之间设有局部帽层201，其中局部帽层201所用材料的极化强度小于势垒层104所用材料的极化强度；通过在栅极漏端引入局部帽层104，使势垒层和局部帽层之间净剩负的极化电荷，由此耗尽部分沟道漏端二维电子气，形成LDD(low density drain)结构，从而实现调制沟道的电场分布以提升器件的耐压能力。

所述局部帽层201距漏极106的水平距离L_DC满足0≤L_DC<L_GD，其中L_GD为栅漏距。

所述局部帽层201距栅极107的水平距离L_GC满足0≤L_GC<L_GD，其中L_GD为栅漏距。