[实用新型]一种三维栅介质结构的增强型功率晶体管

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体器件，特别是涉及一种三维栅介质结构的增强型功率晶体管。

背景技术

氮化镓晶体管由于其高击穿电压和电子浓度，在功率器件领域有着极大的发展前景。目前，限制氮化镓功率晶体管市场应用的一大因素是，基于2DEG常规外延结构的氮化镓晶体管均为耗尽型，其负栅压的电源设计增加了设计成本。而要形成增强型的氮化镓功率晶体管，一般来说从器件结构设计上有三种方法：一是采用外延结构设计，在常规结构的基础上再增加一层P型氮化镓层来耗尽2DEG，然而这种方法增加了外延的难度，且栅极与2DEG之间的距离增加使得栅控能力下降，此外更难以解决的问题是形成的pn结在特定电场分布下可能会出现n-GaN与p-GaN之间正向导通的情况，干扰器件的开关性能；第二种方法是采用凹槽结构，将栅极以下的GaN势垒层完全去除，从而形成常关型的氮化镓晶体管结构，但这种方法的缺陷是由于GaN势垒层被完全去除，二维电子气的有效区域被降低，器件的输出能力受到较大的影响；第三种方法是采用F离子掺杂来耗尽2DEG，但这种方法较难控制，且F离子半径很小容易迁移，对器件可靠性的影响尚未可知。

同时，由于功率器件大电流、大电压的要求，整个器件的电极总长度较长，栅宽也较宽，带来的一个必然结果是栅极漏电的增大。为了抑制栅漏电，目前大部分的氮化镓功率晶体管会在栅极与氮化镓表面之间沉积一层绝缘层作为电介质。这一层电介质的存在也会使得栅极对器件的控制能力减弱。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种三维栅介质结构的增强型功率晶体管。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种三维栅介质结构的增强型功率晶体管，所述晶体管由下至上包括衬底、缓冲层、沟道层及势垒层，势垒层上设有源极、漏极和电介质层，源极和漏极之间的电介质层上设有栅极，所述栅极下方的势垒层至多部分设有凹槽，所述凹槽沿栅极长度方向延伸至超出所述栅极两端。

优选的，所述凹槽是于所述栅极下方的势垒层上平行间隔排列的若干条形凹槽。

优选的，所述若干条形凹槽沿所述栅极宽度方向等距离间隔平行排列。

优选的，所述凹槽包括沿所述栅极长度方向延伸的主槽以及由主槽向两侧延伸形成的平行间隔排列的支槽。

优选的，所述支槽向所述栅极宽度方向延伸至超出所述栅极的端部。

优选的，所述凹槽是沿厚度方向部分或全部去除所述势垒层形成。

优选的，所述凹槽开口面积占所述栅极覆盖的势垒层面积的25％～75％。

优选的，所述沟道层/势垒层为GaN/AlGaN或GaAs/AlGaAs。

优选的，所述电介质层为SiN、Si₂O₃、Al₂O₃或AlN。

本实用新型的有益效果是：通过部分凹槽的设置形成三维结构栅介质和栅极的增强型氮化镓功率晶体管，用以调控栅控能力和器件的输出性能，既能够保留部分有效结构，缓解势垒层去除引起的二维电子气下降，又能达到去除特定势垒层，在栅极电压为0V时，阻断器件源漏之间的导电通路。

附图说明

图1为实施例1的俯视结构示意图；

图2为图1中A-A方向的截面示意图；

图3为实施例2的截面示意图；

图4为实施例3的俯视结构示意图；

图5是图4中B-B方向的截面示意图；

图6是图4中C-C方向的截面示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。本实用新型的各附图仅为示意以更容易了解本实用新型，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。此外，图中所示的元件及结构的个数，均仅为示例，并不以此对数目进行限制，实际可依照设计需求进行调整。本实用新型中，以源极至漏极方向栅极的跨度为栅极宽度，以栅极沿源极和漏极延伸方向的跨度为栅极长度，通常认为栅极长度方向和栅极宽度方向垂直。

实施例1