本发明专利技术提出一种具有结型场板的氮化镓基高电子迁移率晶体管，在传统的氮化镓HEMT器件基础上，在其势垒层上方形成一个纵向的PN结作为耐压结构调制器件的表面电场，优化横向的电场分布，达到了提升击穿电压的目的。一方面，在栅极处于阻断状态时纵向的PN结二极管会辅助耗尽器件沟道的二维电子气，承受一部分漏极电压，减小栅极边缘漏极侧所承受的电压，减小该处峰值电场。在正向导通状态时，PN结耗尽区可以避免栅极产生过大的泄漏电流，保证器件的正向导通电流能力。与常规金属场板相比本发明专利技术使用PN结作场板不会引入附加的寄生电容，保证了器件的工作频率和开关速度，在提升击穿电压的同时提高了器件的可靠性。
【技术实现步骤摘要】
一种具有结型场板的氮化镓高电子迁移率晶体管
本专利技术属于微电子器件
，具体是指一种具有PN结型场板的氮化镓基高电子迁移率晶体管，其可以有效的提高器件的击穿电压。
技术介绍
GaN基异质结场效应晶体管(GaNHEMT)利用在AlGaN/GaN异质结沟道中形成的高浓度和高电子迁移率2DEG工作。GaN材料具有禁带宽度大、临界击穿电场高(临界击穿电场高达3.4MV/cm，是Si材料的10倍)，导热性以及抗辐射性好等优良的物理化学性质。氮化镓基异质结场效应晶体管在高耐压、大功率的应用中能保持高的可靠性，同时因其电子饱和速度快，以及较高的载流子迁移率，高速开关领域也有广阔的应用空间。目前常见的GaNHEMT为横向器件，其结构示意图如图1所示，主要包括自下而上依次生长的衬底210、GaN缓冲层201、氮化镓沟道层202、铝镓氮势垒层203以及分别设置在铝镓氮势垒层上表面的源极204、栅极205、漏极206，所述源极204和漏极206均与铝镓氮势垒层203形成欧姆接触；所述栅极205与铝镓氮势垒层203形成肖特基接触；所述源极204与所述漏极206之间的铝镓氮势垒层表面生长有钝化层209。对于普通GaNHEMT而言，当在漏极施加电压时，在栅极和漏极之间的沟道2DEG不能完全耗尽，使得在栅极边缘靠近漏极端存在电场集中的现象。电场集中会使得在施加较低的漏极电压时器件出现提前击穿并产生漏电沟道，造成缓冲层泄漏，这样就不能充分发挥出GaN材料的优势，使得氮化镓基异质结高电子迁移率晶体管在高压方面的应用受到限制。r>为了充分发挥GaN材料的高临界击穿电场特性，科研人员提出了诸多提升器件耐压能力的技术措施，其中具有代表性的措施主要包括：场板技术(如栅极场板、源极场板、漏极场板)、衬底转移技术、离子注入、缓冲层掺杂、超晶格缓冲层和背势垒技术等。2001年，LiJ等人在文献(LiJ,CaiSJ,PanGZ,etal.HighbreakdownvoltageGaNHFETwithfieldplate[J].ElectronicsLetters,2001,37(3):196-197.)中首次公开采用与栅极短接的场板，栅极场板的引入可以有效降低栅极边缘处的电场尖峰，扩展栅极和漏极之间的沟道2DEG耗尽区域，使栅漏之间的电场分布更加均匀，从而提高耐压。但是场板和沟道间形成了附加电容，会使得器件的频率特性和开关特性退化。衬底转移技术的提出对GaN器件的击穿电压的提高提供更多的可能。传统的Si衬底器件由于衬底的禁带宽度较窄，其耐压明显不能满足日益增长的需求，而衬底转移技术可以有效的消除Si衬底耐压不足导致的提前击穿。2010年，BinLiu等人在文献(BinLu,TomásPalacios.HighBreakdown(>1500V)AlGaN/GaNHEMTsbySubstrate-TransferTechnology[J].IEEEElectronDeviceLetters,2010,31(9):951-953)中关于衬底转移技术的报道实现了击穿电压大于1500V(栅漏间距为20μm)，而导通电阻仅为5.3mΩ·cm2。但是衬底转移技术的工艺还没有完全成熟，同时其成本相对于Si衬底而言大大增加。缓冲层掺杂技术也是减小泄漏电流增加耐压能力的方法的之一，缓冲层掺杂C、Fe等杂质构成深能级陷阱使泄漏至缓冲层内的电子被俘获，使得缓冲层泄漏电流的值明显减小，从而提升器件的击穿电压。但是缓冲层掺C、Fe等深能级受主杂质会引发电流崩塌，使器件的直流特性退化。采用AlGaN背势垒缓冲层结构可以增加沟道二维电子气到缓冲层的势垒高度，限制了沟道二维电子气泄漏到缓冲层，减小泄漏电流，提高击穿电压。但是该方法提升击穿电压有限，一方面，AlGaN背势垒会在缓冲层和沟道层之间因为晶格失配的问题而引入陷阱；另一方面，AlGaN势垒层和AlGaN背势垒具有相反的极化效应，从而降低沟道的二维电子气浓度，使得导通电阻增大。综上所述，这些技术措施在提高耐压的同时会引入各种问题，如何在提升耐压的同时而不影响器件的其它性能成为现在氮化镓基高电子迁移率晶体管亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过引入结型场板结构，降低栅极边缘的电场尖峰，调制沟道电场使其分布更加均匀，同时降低缓冲层的泄漏电流，提高击穿电压。本专利技术提出了一种具有结型场板的氮化镓基异质结场效应晶体管。为了解决其技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种具有结型场板的氮化镓基高电子迁移率晶体管，其结构自下而上依次包括：衬底210、GaN缓冲层201、氮化镓沟道层202、铝镓氮势垒层203、以及分别设在铝镓氮势垒层203上方的源极204、钝化层209、栅极205、P型掺杂氮化镓半导体207、N型掺杂氮化镓半导体208和漏极206；所述源极204和所述漏极206均与铝镓氮势垒层203形成欧姆接触；所述栅极205与铝镓氮势垒层203形成肖特基接触；栅极205和漏极206之间的铝镓氮势垒层203表面生长有N型半导体层208，N型半导体层208表面生长有P型半导体层207，所述P型半导体207和N型半导体208形成PN结型场板；源极204与漏极206之间的铝镓氮势垒层203表面生长有钝化层209。作为优选方式，N型掺杂半导体208位于栅极和漏极之间的铝镓氮势垒层203上方，P型掺杂半导体207位于栅极和漏极之间的N型掺杂半导体208上方；N型掺杂半导体208的长度不超过栅极和漏极之间的间距，P型掺杂半导体207长度不超过N型掺杂半导体208的长度；所述P型掺杂半导体207与所述N型掺杂半导体208的掺杂浓度之差的差值为10～104。作为优选方式，P型掺杂半导体207和N型掺杂半导体208组成的PN结型场板在栅极金属205和漏极金属206之间重复生长多个，多个PN结型场板的长度总和不超过栅极和漏极之间的间距。作为优选方式，P型掺杂半导体207的形状为斜坡状，斜坡状一端的厚度大于另一端的厚度；P型掺杂半导体207的长度不超过N型掺杂半导体208的长度，且两者均不超过栅极和漏极之间的间距，在P型掺杂半导体207上方生长有钝化层209。作为优选方式，P型掺杂半导体207的的中部设有凸起，所述凸起部分的厚度和长度小于N型掺杂半导体208的厚度和长度，在P型掺杂半导体207上方生长有钝化层209。作为优选方式，P型掺杂半导体207在xoz平面上的宽度从栅极205到漏极206依次减小，N型掺杂半导体208在xoz平面上的宽度不变。作为优选方式，P型掺杂半导体207在xoz平面上的宽度从栅极205到漏极206依次增大，N型掺杂半导体208在xoz平面上的宽度不变。作为优选方式，所述N型掺杂半导体208材料选自GaN、Si、GaAs、GaN、SiC、AlN、AlGaN和InGaN中任意一种或几种的组合；所述P型掺杂半导体207的材料选自GaN、Si、GaAs、GaN、SiC、AlN、AlGaN和InGaN中任意一种或几种的组合；所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有结型场板的氮化镓基高电子迁移率晶体管，其特征在于：其结构自下而上依次包括：衬底(210)、GaN缓冲层(201)、氮化镓沟道层(202)、铝镓氮势垒层(203)、以及分别设在铝镓氮势垒层(203)上方的源极(204)、钝化层(209)、栅极(205)、P型掺杂氮化镓半导体(207)、N型掺杂氮化镓半导体(208)和漏极(206)；所述源极(204)和所述漏极(206)均与铝镓氮势垒层(203)形成欧姆接触；所述栅极(205)与铝镓氮势垒层(203)形成肖特基接触；栅极(205)和漏极(206)之间的铝镓氮势垒层(203)表面生长有N型半导体层(208)，N型半导体层(208)表面生长有P型半导体层(207)，所述P型半导体(207)和N型半导体(208)形成PN结型场板；源极(204)与漏极(206)之间的铝镓氮势垒层(203)表面生长有钝化层(209)。/n
【技术特征摘要】
1.一种具有结型场板的氮化镓基高电子迁移率晶体管，其特征在于：其结构自下而上依次包括：衬底(210)、GaN缓冲层(201)、氮化镓沟道层(202)、铝镓氮势垒层(203)、以及分别设在铝镓氮势垒层(203)上方的源极(204)、钝化层(209)、栅极(205)、P型掺杂氮化镓半导体(207)、N型掺杂氮化镓半导体(208)和漏极(206)；所述源极(204)和所述漏极(206)均与铝镓氮势垒层(203)形成欧姆接触；所述栅极(205)与铝镓氮势垒层(203)形成肖特基接触；栅极(205)和漏极(206)之间的铝镓氮势垒层(203)表面生长有N型半导体层(208)，N型半导体层(208)表面生长有P型半导体层(207)，所述P型半导体(207)和N型半导体(208)形成PN结型场板；源极(204)与漏极(206)之间的铝镓氮势垒层(203)表面生长有钝化层(209)。
2.根据权利要求1所述的一种具有结型场板的氮化镓基高电子迁移率晶体管，其特征在于：N型掺杂半导体(208)位于栅极和漏极之间的铝镓氮势垒层(203)上方，P型掺杂半导体(207)位于栅极和漏极之间的N型掺杂半导体(208)上方；N型掺杂半导体(208)的长度不超过栅极和漏极之间的间距，P型掺杂半导体(207)长度不超过N型掺杂半导体(208)的长度；所述P型掺杂半导体(207)与所述N型掺杂半导体(208)的掺杂浓度之差的差值为10～104。
3.根据权利要求1所述的一种具有结型场板的氮化镓基高电子迁移率晶体管，其特征在于：P型掺杂半导体(207)和N型掺杂半导体(208)组成的PN结型场板在栅极金属(205)和漏极金属(206)之间重复生长多个，多个PN结型场板的长度总和不超过栅极和漏极之间的间距。
4.根据权利要求1所述的一种具有...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜江锋，蒋勇刚，杜科，赵智源，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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