【技术实现步骤摘要】
增强型栅场板GaN基电流孔径异质结场效应器件及其制作方法
本专利技术属于微电子
,涉及半导体器件,特别是增强型栅场板GaN基电流孔径异质结场效应器件,可用于电力电子系统。技术背景功率半导体器件是电力电子技术的核心元件,随着能源和环境问题的日益突出,研发新型高性能、低损耗功率器件就成为提高电能利用率、节约能源、缓解能源危机的有效途径之一。而在功率器件研究中,高速、高压与低导通电阻之间存在着严重的制约关系,合理、有效地改进这种制约关系是提高器件整体性能的关键。随着微电子技术的发展,传统第一代Si半导体和第二代GaAs半导体功率器件性能已接近其材料本身决定的理论极限。为了能进一步减少芯片面积、提高工作频率、提高工作温度、降低导通电阻、提高击穿电压、降低整机体积、提高整机效率,以GaN为代表的宽禁带半导体材料,凭借其更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场和更高的电子饱和漂移速度,且化学性能稳定、耐高温、抗辐射等突出优点,在制备高性能功率器件方面脱颖而出,应用潜力巨大。特别是采用GaN基异质结结构的横向高电子迁移率晶体管,即横向GaN基高电子迁移率晶体管HEMT器件,更是因其低导通电阻、高击穿电压、高工作频率等特性,成为了国内外研究和应用的热点、焦点。然而,在横向GaN基HEMT器件中,为了获得更高的击穿电压,需要增加栅漏间距,这会增大器件尺寸和导通电阻,减小单位芯片面积上的有效电流密度和芯片性能,从而导致芯片面积和研制成本的增加。此外,在横向GaN基HEMT器件中,由高电场和表面态所引起的电流崩塌问题较为严重,尽管当前已有众多抑制措施,但电流崩塌问题依然没有 ...
【技术保护点】
一种增强型栅场板GaN基电流孔径异质结场效应器件,包括:n
【技术特征摘要】
1.一种增强型栅场板GaN基电流孔径异质结场效应器件,包括:n+型GaN衬底(1)、n-型GaN漂移层(2)、n型GaN孔径层(3)、左右两个对称的电流阻挡层(4)、孔径(5)、GaN沟道层(6)、势垒层(7)和钝化层(14),势垒层(7)上的两侧淀积有两个源极(11),两个源极(11)下方通过离子注入形成两个n+注入区(10),源极(11)之间的势垒层(7)上外延有p+型GaN帽层(8),p+型GaN帽层(8)上面淀积有栅极(12),p+型GaN帽层(8)两侧刻有两个台阶(9),n+型GaN衬底(1)下面淀积有漏极(13),钝化层(14)完全包裹除了漏极底部以外的所有区域,其特征在于:所述电流阻挡层(4),由第一电流阻挡层(41)和第二电流阻挡层(42)共同构成的二级台阶结构组成,且第一电流阻挡层(41)位于第二电流阻挡层(42)的外侧;所述孔径(5),包括第一孔径(51)和第二孔径(52),第一孔径(51)位于左、右两个第一电流阻挡层(41)之间,第二孔径(52)位于左、右两个第二电流阻挡层(42)之间;所述钝化层(14),采用阶梯形状,即在钝化层的两边刻有整数个阶梯,所有阶梯上淀积有连续金属,形成对称的两个整体阶梯场板(15),该阶梯场板(15)与栅极(12)电气连接,形成阶梯栅场板,阶梯场板和钝化层上方覆盖有保护层(16)。2.根据权利要求1所述的器件,其特征在于阶梯场板(15)上边界所在高度高于第一电流阻挡层(41)下边界所在高度,阶梯场板(15)的阶梯数根据钝化层阶梯数m确定,m根据器件实际使用要求确定,其值为大于等于1的整数。3.根据权利要求1所述的器件,其特征在于电流阻挡层的二级台阶结构(41,42)均采用p型掺杂,且第一电流阻挡层(41)的厚度a为0.5~3μm,宽度b为0.2~1μm,第二电流阻挡层(42)的厚度d为0.3~1μm,宽度e为1.4~3.4μm,a>d。4.根据权利要求1所述的器件,其特征在于每个阶梯的高度相等,均为L,且第1阶梯上表面距离第一电流阻挡层下边界的垂直距离也为L,每个阶梯的宽度si不同,且自上而下依次增大,i为整数且m≥i≥1。5.根据权利要求1所述的器件,其特征在于n-型GaN漂移层(2)的左、右两侧距离同侧阶梯场板(15)最近处的水平间距t近似满足关系且e≤3.5a,其中,a为第一电流阻挡层(41)的厚度,e为第二电流阻挡层(42)的宽度。6.一种制作增强型栅场板GaN基电流孔径异质结场效应器件的方法,包括如下过程:A.在n+型GaN衬底(1)上外延n-型GaN半导体材料,形成n-型GaN漂移层(2);B.在n-型GaN漂移层(2)上外延n型GaN半导体材料,形成厚度为0.5~3μm、掺杂浓度为1×1015~1×1018cm-3的n型GaN孔径层(3);C.在n型GaN孔径层(3)上第一次制作掩模,利用该掩模在n型GaN孔径层内的两侧位置注入剂量为1×1015~1×1016cm-2的p型杂质,制作厚度a与n型GaN孔径层厚度相同,宽度b为0.2~1μm的两个第一电流阻挡层(41),这两个对称的第一电流阻挡层之间形成第一孔径(51);D.在n型GaN孔径层(3)和两个第一电流阻挡层(41)上第二次制作掩模,利用该掩模在左...
【专利技术属性】
技术研发人员:毛维,石朋毫,杜鸣,郝跃,王冲,
申请(专利权)人:西安电子科技大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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