[发明专利]一种常关型氧化镓基MIS-HFET器件有效

专利信息
申请号: 202110493226.X 申请日: 2021-05-07
公开(公告)号: CN113363319B 公开(公告)日: 2022-09-13
发明(设计)人: 杨伟锋;帅浩;张明昆 申请(专利权)人: 厦门大学
主分类号: H01L29/778 分类号: H01L29/778;H01L29/06
代理公司: 厦门原创专利事务所(普通合伙) 35101 代理人: 吴廷正
地址: 361000 *** 国省代码: 福建;35
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摘要:
搜索关键词: 一种 常关型 氧化 mis hfet 器件
【说明书】:

发明公开了一种常关型氧化镓基MIS‑HFET器件,属于半导体器件技术领域,其包括依序层叠设置的衬底、缓冲层和沟道层,还包括:设置在沟道层上端面两侧的第一盖帽层和第二盖帽层;第一盖帽层和第二盖帽层之间的沟道层上设置有势垒层;第一盖帽层和第二盖帽层上分别设置有源电极和漏电极;势垒层、源电极和漏电极上跨设有介质层,介质层边缘向下延伸,将势垒层、源电极、漏电极、第一盖帽层、第二盖帽层和沟道层包覆其中,源电极和漏电极的上端穿出介质层;介质层还连接有栅电极;本方案采用刻蚀势垒方式形成器件结构,其简单高效地实现器件的常关操作且工艺可控,本方案还通过引入介质层,降低了器件的栅极泄漏电流,提高了栅极击穿电压和器件的可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域,尤其涉及一种常关型氧化镓基MIS-HFET器件。

背景技术

电力电子器件是能源转化的重要组成部分,而高效的电力转换是通过功率器件完成的。在化合物半导体电子电力器件中,异质结场效应晶体管(Heterojunction fieldeffect transistor,简称HFET,又称调制掺杂场效应晶体管(MODFET)或高电子迁移率场效应晶体管(HEMT))的导电沟道通过异质结中具有量子效应的二维电子气(2DEG)形成,在空间上将电子和施主杂质分离,避免了势垒层杂质散射,大大提高了电子的迁移率,因此是一种非常适用于高频高功率场合的器件。

β-Ga2O3具有大的带隙能量(4.9eV)、高击穿场强(8MV/cm)和良好的输运特性(电子迁移率200cm2/V·s),其材料特性可以极大地满足异质结场效应晶体管的高频高功率的性能需求。因此,氧化镓基异质结场效应晶体管具有十分广阔的应用前景。

氧化镓基异质结场效应晶体管的工作方式分为常开型(耗尽型)和常关型(增强型)两种。对于常开型氧化镓基异质结场效应晶体管,其栅极需施加负电压才能实现关断,这将会使得栅极驱动电路变得十分复杂,此举不仅增加了设计成本,而且还会有额外的功耗。而常关型氧化镓基异质结场效应晶体管可以克服以上不足,对于功率电子器件的安全工作、单片集成的数字电路的实现以及大规模微波射频电路的应用来说,其意义十分重大。

对于常关型氧化镓基异质结场效应晶体管,可采用的实现器件常关型方法有:(1)生长薄的势垒层;(2)生长p型盖帽层;(3)负离子注入;(4)刻蚀凹栅。然而,目前缺乏有效的P型掺杂和注入技术,而生长薄的势垒层会导致源极和漏极之间寄生电阻的增加;另外,刻蚀凹栅技术虽然是一种简单高效的实现常关型氧化镓基异质结场效应晶体管的方法,但其栅槽刻蚀带来的损伤以及界面态会影响器件性能,造成栅极泄漏电流增加和沟道电子迁移率降低等问题。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提出一种实施可靠、能够有效降低栅电极泄露电流和提高栅电极击穿电压及器件可靠性的常关型氧化镓基MIS-HFET器件。

为了实现上述的技术目的,本发明所采用的技术方案为:

一种常关型氧化镓基MIS-HFET器件,包括衬底和依序层叠设置在衬底一端面上的缓冲层和沟道层,其还包括:

第一盖帽层,设置在沟道层远离缓冲层的端面一侧;

第二盖帽层,设置在沟道层远离缓冲层的端面另一侧;

势垒层,设置在第一盖帽层和第二盖帽层之间的沟道层上;

源电极,为倒T形结构,且设置在第一盖帽层上;

漏电极,为倒T形结构,且设置在第二盖帽层上;

介质层,横跨设置在势垒层、源电极和漏电极上,且其边缘向下延伸,将势垒层、源电极、漏电极、第一盖帽层、第二盖帽层和沟道层包覆其中,所述源电极和漏电极的倒T形结构上端穿出介质层并外露出介质层,源电极和漏电极朝上的纵向部分为金属互联窗口;

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