[发明专利]一种P型槽栅结合极化层结构的GaN HEMT器件

说明书

本发明公开了一种P型槽栅结合极化层结构的GaN HEMT器件，包括依次层叠的衬底层、缓冲层、沟道层、势垒层和钝化层；沟道层、势垒层和钝化层的长度小于缓冲层的长度以在两侧形成缺口，并在两侧的缺口分别设置漏极和源极；势垒层和钝化层的相同位置分别设置槽栅和通孔，并在槽栅和通孔内设置P型栅极；势垒层与钝化层之间还设置有极化层。本发明克服了传统P‑GaN栅HEMT器件的阈值电压普遍偏低的问题，能够大幅度提升GaN HEMT器件的阈值电压。

技术领域

本发明涉及AlGaN/GaN HEMT器件技术领域，具体涉及一种P型槽栅结合极化层结构的GaN HEMT器件。

背景技术

随着手机无线充电，电动汽车等新兴电子产业的发展，目前电源转换模块需要实现高速高效的工作模式，且更加小型化是目前的主流发展趋势。这就需要作为电源转换模块核心的半导体功率开关器件在高速开关的状态下功耗很低，且整个模块简单，能够实现小型化的设计要求。目前主流的半导体功率器件是基于Si材料的半导体器件，这种材料已经无法满足更大功率器件的要求。而作为第三代宽禁带半导体的GaN(氮化镓)材料，本身具有极强的自发极化效应，当采用AlGaN/GaN异质结结构时，AlGaN势垒层的自发极化与压电极化效应叠加，产生的内建电场使表面态电离出高浓度的电子，从而使AlGaN/GaN异质结界面处形成高浓度的二维电子气(2DEG)。且GaN材料具有宽禁带，高临界击穿电场等优点。目前AlGaN/GaN HEMT器件在高压、高功率应用领域已经成为热点。

AlGaN/GaN HEMT器件研究主要集中在如何实现增强型的AlGaN/GaN HEMT，由于2DEG的存在使常规的AlGaN/GaN HEMT在不加栅压情况下呈导通状态，即耗尽型器件。为了便于对器件的控制，需要将AlGaN/GaN HEMT设置成常关状态，即增强型器件。且GaN材料本身存在Mg掺杂激活能高的问题，常温下空穴电离率只有3％左右，导致P型GaN栅HEMT的阈值电压普遍偏低，限制了阈值电压的提升。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种P型槽栅结合极化层结构的GaNHEMT器件。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种P型槽栅结合极化层结构的GaN HEMT器件，包括依次层叠的衬底层、缓冲层、沟道层、势垒层和钝化层；

所述沟道层、势垒层和钝化层的长度小于所述缓冲层的长度以在两侧形成缺口，并在两侧的所述缺口分别设置漏极和源极；

所述势垒层和钝化层的相同位置分别设置槽栅和通孔，并在所述槽栅和通孔内设置P型栅极。

进一步地，所述缓冲层为GaN缓冲层，所述沟道层为GaN沟道层，所述势垒层为AlGaN势垒层，所述钝化层为SiN钝化层，所述P型栅极为P型GaN槽栅。

进一步地，所述漏极和源极与所述GaN缓冲层直接接触构成欧姆接触。

进一步地，所述P型GaN槽栅与金属接触构成肖特基接触。

进一步地，所述AlGaN势垒层与SiN钝化层之间还设置有极化层。

进一步地，所述极化层为AlGaN极化层。

进一步地，所述AlGaN极化层中Al组分小于所述AlGaN势垒层中Al组分。

进一步地，所述AlGaN极化层采用具有极化效应且极化强度小于所述AlGaN势垒层中AlGaN的材料。

进一步地，所述AlGaN极化层的长度、数量和Al组分含量可调节。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明克服了传统P-GaN栅HEMT器件的阈值电压普遍小于1V的问题，大幅度提升了GaN HEMT器件的阈值电压；