[发明专利]具有P型掺杂区和凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应管

说明书

本发明涉及场效应晶体管技术领域，公开了一种具有P型掺杂区和凹陷缓冲层的4H‑SiC金属半导体场效应管，自下而上包括4H‑SiC半绝缘衬底、P型缓冲层和N型沟道层，所述N型沟道层表面设有源极帽层和漏极帽层，所述源极帽层和漏极帽层表面分别设有源电极和漏电极，所述N型沟道上表面靠近源极帽层的一侧形成栅电极，所述栅电极与漏极帽层之间形成凹陷栅漏飘移区，所述栅电极与源极帽层之间形成栅源飘移区，所述凹陷栅漏飘移区的表面靠近栅角处设有P型掺杂区，所述栅源飘移区下方的P型缓冲层向下凹陷形成凹陷缓冲层。本发明具有击穿电压大幅提高，漏极输出电流稳定的优点。

技术领域

本发明涉及场效应晶体管技术领域，特别是一种同时具有P型掺杂区和凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应晶体管。

背景技术

碳化硅(SiC)作为第三代新型半导体材料在很多方面都表现出优异的特性，例如，它具有2-4×10⁶V/cm的高击穿电场、3.3eV的较宽的禁带、3.5W/(cm·K)的高热导率以及2.7×10⁷cm/s的高电子饱和速度等优良特性。在SiC的众多同质异形体中，4H-SiC的电子饱和速度高及电子迁移率高(4H-SiC的电子迁移率大约是6H-SiC的两倍左右)，并且其施主杂质的离化能比较小以及各向异性较低，这其综合性能表现最为优越。因此，在射频微波功率器件中，4H-SiC是最理想的功率器件材料的选择，具有很强的竞争力。

目前多数4H-SiC MESFET方面的研究都是以双凹陷4H-SiC MESFET为基础开展的，例如CN104681618A公开了一种具有双凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应晶体管，自下而上包括4H-SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层，N型沟道层的两侧分别为源极帽层和漏极帽层，源极帽层和漏极帽层表面分别是源电极和漏电极，沟道上方且靠近源极帽层的一侧形成栅电极，P型缓冲层的上端面在栅源和栅漏间下方设有凹槽。虽然相比于传统结果，双凹陷4H-SiC MESFET在饱和漏极电流和频率等方面有着较大提升，但是其击穿电压却比传统结构下降了很多。这是功率器件一个难以避免需要均衡的问题：宽的沟道带来较大的饱和漏极电流，但同时也降低了沟道的有效电阻，造成了击穿电压的恶化。因此，在保证漏极电流基本不变的条件下大幅提升击穿电压就成了均衡提升器件性能的一个重要研究方向。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供具有P型掺杂区和凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应管。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

具有P型掺杂区和凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应管，自下而上包括4H-SiC半绝缘衬底、P型缓冲层和N型沟道层，所述N型沟道层表面设有源极帽层和漏极帽层，所述源极帽层和漏极帽层表面分别设有源电极和漏电极，所述N型沟道上表面靠近源极帽层的一侧形成栅电极，所述栅电极与漏极帽层之间形成凹陷栅漏飘移区，所述栅电极与源极帽层之间形成栅源飘移区，所述凹陷栅漏飘移区的表面靠近栅角处设有P型掺杂区，所述栅源飘移区下方的P型缓冲层向下凹陷形成凹陷缓冲层。

作为本发明的进一步优选方案，所述P型掺杂区以栅电极靠近漏极帽层的一侧边缘为起点，长度为0.2～0.5μm，深度为0.05μm。

作为本发明的进一步优选方案，所述P型掺杂区的掺杂浓度为1×10¹⁷～4×10¹⁷cm^-3。

作为本发明的进一步优选方案，所述凹陷缓冲层以源极帽层的里侧为起点，长度为0.5μm，深度为0.03～0.08μm。

进一步地，所述N型沟道层的上方且距离源极帽层的里侧0.5μm处为0.7μm长的栅电极，其中靠近源极帽层侧的一半栅电极向N型沟道层凹陷0.05μm，形成凹栅结构。

与现有技术相比，本发明在栅漏飘移区引入了P型掺杂区且在栅源飘移区引入了凹陷缓冲层，具有以下有益效果：