[发明专利]一种低导通电阻高跨导的p-GaN HEMT器件

说明书

本发明属于半导体器件及集成电路技术领域，涉及一种低导通电阻高跨导的p‑GaNHEMT器件。与常规的p‑GN HEMT器件不同的是，本发明的器件buffer层为p型掺杂的缓冲层。由于缓冲层存在自由移动的空穴，2DEG沟道与p型buffer层之间形成等效的寄生电容，使器件栅源间寄生电容增大，从而提升器件的工作电流，也即降低器件的导通电阻。另外由于p型缓冲层的存在，使AlGaN/GaN界面三角势阱变窄，从而提升栅极控制2DEG沟道的能力，也即提升器件的跨导。研究结果表明，相比于传统的p‑GaN HEMT器件，在同等量级击穿电压的条件下，导通电阻能够降低46.1％，跨导峰值提升26.9％。此外，相比于传统的p‑GaN HEMT器件，除去本发明器件的buffer外延层需要p‑型掺杂外，后续器件制备工艺与传统p‑GaN HEMT器件制备工艺完全兼容。

技术领域

本发明属于半导体器件及集成电路技术领域，具体涉及一种低导通电阻高跨导的p-GaN HEMT器件。

背景技术

氮化镓(GaN)是第三代宽禁带半导体材料代表，受到各国研究人员的广泛关注。GaN材料具有禁带宽度大、饱和电子漂移速度高、介电常数小及良好的化学稳定性等特点，因此，GaN基HEMT器件与Si基器件相比，具有较低的导通电阻、较小寄生电容、较高的击穿电压等优良性能，可以满足下一代系统对半导体器件更大功率、更小体积、更高频率的应用需求。

然而，传统的基于AlGaN/GaN异质结器件由于存在自发极化和压电极化效应形成天然的二维电子气导电沟道，为耗尽型器件。但是由于耗尽型器件会增大应用时驱动电路设计的复杂性和可靠性，因此需要增强型的GaN器件来满足应用需求。目前几种常用的增强型技术中，p-GaN增强型器件已经实现商业化。p-GaN HEMT器件的实现方法为在栅极区域外延一层p型GaN层，p-GaN与AlGaN/GaN异质结形成类PiN结构，类二极管结构中内建电场能够抵消AlGaN/GaN异质结中自发极化和压电极化产生的电场作用，从而能够耗尽栅极下方的二维电子气，从而使得器件具有常关型特性。由于p-GaN HEMTs器件特有的Metal/p-GaN/AlGaN栅极结构限制了栅极工作电压范围，当前常见的p-GaN HEMTs器件栅极的工作电压范围约为-4～6V。因此，器件的导通电阻无法通过提高栅极电压进一步降低。目前，在导通电阻方面对GaN HEMT器件的动态导通电阻进行了大量的研究。相关结果表明，动态导通电阻很大程度上由buffer层中C掺杂引入的深能级陷阱产生的。为了降低动态导通电阻，需要降低C掺杂浓度，但是会使器件漏电增大，导致器件击穿电压降低。经过研究人员的长期探索，现阶段商用的p-GaN HEMT器件动态导通电阻能够控制在相对合理的范围。然而基于实际应用的需求，关于如何进一步降低器件的导通电阻仍是研究人员关注的热点之一。

发明内容

本发明在于克服传统短沟道p-GaN HEMT器件出现的导通电阻无法进一步降低的问题，提供一种低导通电阻高跨导的器件方案。实现不影响器件的正常工作，导通电阻更低，跨导更高，与传统制备工艺兼容的p-GaN HEMT器件。

本发明的技术方案为：