[发明专利]一种极化掺杂增强型HEMT器件

说明书

本发明属于半导体技术领域，涉及一种极化掺杂增强型HEMT器件。本发明的技术方案，通过在缓冲层上依次生长Al组分渐变的第一势垒层和第二势垒层，两层势垒层的Al组分变化趋势相反，势垒层内部由于极化差分别诱导产生三维电子气(3DEG)和三维空穴气(3DHG)；同时，凹槽绝缘栅结构位于源极远离漏极的一侧且与源极接触。首先，由于整个第一势垒层中都存在较高浓度的电子，极大提升器件的导通电流；其次，3DHG夹断源极与3DEG之间的纵向导电沟道，从而实现增强型，由凹槽栅电极上施加电压实现对导电沟道进行控制，且可通过对部分导电沟道进行掺杂调控阈值电压；再次，3DEG‑3DHG形成极化超结，在阻断状态时辅助耗尽漂移区，优化器件的横向电场分布，提高器件耐压。本发明所公布的器件制备工艺与传统工艺兼容。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体的说是涉及一种极化掺杂增强型HEMT器件。

背景技术

基于GaN材料的高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)，由于高电子饱和速度、高密度二维电子气(2DEG)以及较高临界击穿电场，使其在大电流、低功耗、高频和高压开关应用领域具有巨大的应用前景。

功率开关器件的关键是实现高击穿电压、低功耗和高可靠性，GaN材料临界击穿电场是Si的十倍，目前GaN功率器件的耐压远未达到其理论极限，其重要原因之一是栅极电场集中效应使器件提前击穿，此时漂移区并未完全耗尽。过大的峰值电场使得器件电场分布很不均匀，器件容易在较低源漏电压下便被击穿，无法充分发挥GaN材料的高耐压优势。

场板技术是一种改善器件耐压的常用终端技术，文献(J.Li,et.al.“Highbreakdown voltage GaN HFET with field plate”IEEE Electron Lett.,vol.37,no.3,pp.196–197,February.2001.)采用了与栅短接的场板，如图1所示，场板的引入可以降低主结的曲率效应和电场尖峰，从而提高耐压。然而场板的引入会使器件寄生电容增大，影响器件的高频和开关特性文献。(Akira Nakajima,et.al.“GaN-Based Super HeterojunctionField Effect Transistors Using the Polarization Junction Concept”IEEEElectron Device Letters,vol.32,no.4,pp.542-544,2011)采用极化超结的思想，在漂移区部分的AlGaN势垒层上方生长一层顶层GaN，并在其界面形成二维空穴气(2DHG)，2DHG与其下方的2DEG形成天然的“超结”，在阻断耐压时，辅助耗尽漂移区，优化器件横向电场，从而达到提高耐压的目的，如图2所示。但是顶层GaN与栅电极形成了空穴的欧姆接触，在正向导通时，栅压较大时会产生栅极泄漏电流，限制了栅压摆幅。

对于AlGaN/GaN HEMT器件而言，增强型HEMT器件比耗尽型HEMT器件具有更多的优势，其实现技术也是研究者们极其关注的问题。文献(W.Saito,et.al.,“Recessed-gatestructure approach toward normally off high-voltage AlGaN/GaN HEMT for powerelectronics applications,”IEEE Trans.Electron Devices,vol.53,no.2,pp.356-362,2006)报道了采用槽栅结构实现了一种准增强型高压AlGaN/GaN HEMT，如图3所示，凹栅刻蚀能够有效地耗尽栅极下方2DEG浓度，极大地提高阈值电压，但是凹栅刻蚀需要精确地控制刻蚀深度且会引起刻蚀损伤。常见实现增强型的方法还有氟离子注入栅下势垒层、P型GaN栅等，这些方法均是通过耗尽栅下2DEG来实现增强型，势必导致高阈值电压与大饱和输出电流的矛盾关系。

发明内容

本发明针对上述问题，提出一种极化掺杂增强型HEMT器件。

本发明的技术方案是，如图4所示：