[发明专利]一种局部凹槽结构的AlGaN/GaN HEMT器件

说明书

本发明公开了一种局部凹槽结构的AlGaN/GaN HEMT器件，包括自下而上依次设置的衬底、缓冲层、势垒层和钝化层，势垒层上表面且位于钝化层左右两端分别设置有源极和漏极，势垒层上表面且位于钝化层中部设置有栅极；势垒层上设置有凹槽结构。缓冲层由厚度为2μm的GaN组成，摻杂浓度为1×10¹⁵cm^‑3。势垒层由厚度为0.02μm的AlGaN组成，摻杂浓度为1×10¹⁷cm^‑3。钝化层由厚度为0.05μm的Si₃N₄组成。栅极、源极及漏极的长度均为0.5μm。凹槽结构由厚度为50nm的Si₃N₄组成，长度L为1.0μm，高度H为0.010μm，使得电流变化量减小，电流崩塌得以改善。

技术领域

本发明属于高电子迁移率晶体管技术领域，涉及一种局部凹槽结构的AlGaN/GaNHEMT器件。

背景技术

在各种电子材料和器件技术中，GaN材料具有宽禁带、高电子迁移率、高饱和速度和高击穿电场等优异的材料特性，GaN高电子迁移率晶体管(High Electron MobilityTransistors，HEMT)在高频高压高温领域取得了重大进展。虽然GaN HEMT器件表现出非常优越的性能，但在稳定性和可靠性等方面的问题仍限制着GaN基器件的广泛应用，其中由陷阱效应导致的电流崩塌对器件性能影响较为严重。电流崩塌效应产生的原因，一般认为有两个因素：其一是表面陷阱在器件工作过程中俘获电子，在表面形成一定的电势，影响沟道中的耗尽层，从而导致漏极电流的减小，即所谓的“虚栅”效应；另一个因素是由于缓冲层陷阱俘获沟道热电子导致的。

对于表面陷阱的影响，采用表面钝化技术或场板结构可以使其有效降低，而对于缓冲层陷阱，尤其是缓冲层深能级陷阱对电流崩塌的影响仍得不到很好的解决，因为这些陷阱可以抑制缓冲层泄漏电流以及短沟道效应，它是器件正常工作所必需的。因此，进一步研究缓冲层陷阱对电流崩塌的影响机理，提出改善电流崩塌效应的方法是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种局部凹槽结构的AlGaN/GaN HEMT器件，解决了现有技术中存在的AlGaN/GaN HEMT器件由于栅边缘漏侧高峰值电场容易引起电流崩塌效应的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种局部凹槽结构的AlGaN/GaN HEMT器件，包括自下而上依次设置的衬底、缓冲层、势垒层和钝化层，势垒层上表面且位于钝化层左右两端分别设置有源极和漏极，势垒层上表面且位于钝化层中部设置有栅极；势垒层上且位于栅极和漏极之间设置有凹槽结构。

本发明的特点还在于：

缓冲层由厚度为2μm的GaN组成，摻杂浓度为1×10¹⁵cm^-3。

势垒层由厚度为0.02μm的AlGaN组成，摻杂浓度为1×10¹⁷cm^-3。

钝化层由厚度为0.05μm的Si₃N₄组成。

栅极、源极及漏极的长度均为0.5μm。

栅极和源极之间的栅源距离为1.0μm，栅极和漏极之间的栅漏距离为2.0μm。

凹槽结构由厚度为50nm的Si₃N₄组成，长度L为1.0μm，高度H为0.010μm。

本发明的有益效果是：通过在传统AlGaN/GaN HEMT器件势垒层中引入局部凹槽结构，减小了AlGaN/GaN HEMT器件栅缘漏侧的电场峰值，同时电场分布向漏极方向扩展，电场分布更加均匀，从而导致势垒层局部凹槽结构的电流变化量减小，电流崩塌得以有效改善。

附图说明