具有高功率优值与优异导通特性的GaN场效应晶体管制造技术

本发明专利技术涉及一种场效应晶体管，尤其是一种具有高功率优值与优异导通特性的GaN场效应晶体管。按照本发明专利技术提供的技术方案，所述具有高功率优值与优异导通特性的GaN场效应晶体管，包括GaN场效应晶体管本体，所述GaN场效应晶体管本体包括C掺杂缓冲层以及设置于所述C掺杂缓冲层上的器件结构；在所述C掺杂缓冲层内设置可耗尽背景载流子和沟道载流子的P型埋层，且在所述C掺杂缓冲层内设置用于补充由P型埋层耗尽的沟道载流子的N型埋层；在C掺杂缓冲层内，N型埋层位于P型埋层与器件沟道层结构之间。本发明专利技术在提升晶体管耐压和Baliga功率优值时，可同时提高晶体管的导通特性。可同时提高晶体管的导通特性。可同时提高晶体管的导通特性。

【技术实现步骤摘要】
具有高功率优值与优异导通特性的GaN场效应晶体管


[0001]本专利技术涉及一种场效应晶体管，尤其是一种具有高功率优值与优异导通特性的GaN场效应晶体管。

技术介绍

[0002]随着我国现代化建设的加速发展，对基于硅(Si)和化合物半导体材料的功率半导体器件，在新能源汽车、船舶电气化与海洋动力、消费电子以及大功率推进等领域都有着广泛的应用。同时，高效率、高功率密度、高可靠性、高速和轻量化，已经成为功率管理的主要发展趋势。
[0003]作为第三代半导体材料的氮化镓(GaN)目前处于快速发展阶段，已成为高温、高频、大功率器件的首选材料之一。GaN半导体技术是具有战略性、先导性等显著特性的新一代半导体芯片技术。
[0004]与传统Si基电力电子器件相比，GaN电力电子器件可以满足实际应用中高频、高功率密度、耐高温高压、抗辐射以及体积小、重量轻等需求，在功率管理和转换等方面展现出巨大的潜力，其已被公认为变革军事电子系统与架构的颠覆性元器件之一。
[0005]P
‑
GaN栅AlGaN/GaN HEMT器件是一种常规GaN增强型功率器件，理论上GaN材料具有出色的耐压能力，但由于GaN与Si、SiC以及蓝宝石等衬底间存在不同程度的晶格失配，使得GaN外延存在高密度的缺陷，常用的Si衬底上的GaN外延的总位错密度约为109～10
10
cm
‑3。
[0006]由于非故意掺杂杂质和缺陷的存在，导致以Si为衬底的GaN外延表现为弱N型掺杂，其背景载流子浓度可达～10
12
cm
‑3，使以此为基础的GaN功率器件缓冲层泄漏电流较大，容易造成器件性能的退化，GaN器件过早的发生击穿是较常见的现象。背景载流子的存在，使得以Si为衬底GaN晶体管耐压能力远未达到理论值。
[0007]因此，需要在结构上对常规P
‑
GaN栅AlGaN/GaN HEMT功率器件进行优化，在提升器件的耐压和Baliga功率优值(V
2BR
/R
ON,sp
)的同时，兼顾晶体管的导通特性。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有高功率优值与优异导通特性的GaN场效应晶体管，其在提升晶体管耐压时，可同时提高晶体管的导通特性。
[0009]按照本专利技术提供的技术方案，所述可提升晶体管耐压与导通特性的GaN场效应晶体管，包括GaN场效应晶体管本体，所述GaN场效应晶体管本体包括C掺杂缓冲层以及设置于所述C掺杂缓冲层上的器件结构；
[0010]在所述C掺杂缓冲层内设置可耗尽背景载流子和沟道载流子的P型埋层，且在所述C掺杂缓冲层内设置用于补充由P型埋层耗尽的沟道载流子的N型埋层；
[0011]在C掺杂缓冲层内，N型埋层位于P型埋层与器件沟道层结构之间。
[0012]N型埋层通过C掺杂缓冲层与P型埋层间隔，N型埋层与器件结构内的沟道层接触；
[0013]在C掺杂缓冲层内，P型埋层包括P型第一埋区以及与所述P型第一埋区正对应的P
型第二埋区；
[0014]N型埋层包括N型第一埋区以及与所述N型第一埋区正对应的N型第二埋区；
[0015]N型第一埋区与P型第一埋区正对应，N型第二埋区与P型第二埋区正对应；
[0016]N型第一埋区的第一端位于P型第一埋区第一端的内侧，且N型第一埋区的第一端与器件结构内P
‑
GaN栅邻近漏极体的端部平齐，N型第一埋区的第二端不超过P型第一埋区的第二端，N型第二埋区的两端位于P型第二埋区相应两端的内侧。
[0017]器件结构还包括位于沟道层上的势垒层、位于所述势垒层上的钝化层、位于P
‑
GaN栅上的栅场板、用于形成源电极的源极体以及与所述源极体对应的源极场板，其中，
[0018]源极体、漏极体与沟道层、势垒层均形成欧姆接触，P
‑
GaN栅位于源极体与漏极体之间，源极体对应邻近P型第一埋区，漏极体对应邻近P型第二埋区；
[0019]P
‑
GaN栅以及栅场板位于钝化层内，P
‑
GaN栅支撑于势垒层上；
[0020]所述源极场板与源极体连接，并覆盖钝化层上，且源极场板在钝化层上的横向长度小于钝化层相应的横向长度。
[0021]所述N型埋层掺杂浓度的范围为6
×
10
17
cm
‑3～2
×
10
18
cm
‑3，N型埋层与P型埋层的间距H
NP
为：0.05μm≦H
NP
≦0.25μm；
[0022]N型第一埋区、N型第二埋区位于漏极体以及P
‑
GaN栅邻近所述漏极体的端部之间，其中，
[0023]N型第一埋区与覆盖钝化层上的源极场板空间交叠，N型第二埋区与源极场板空间非交叠。
[0024]N型第一埋区、N型第二埋区具有相同的厚度T
N
，且N型埋层的厚度T
N
为：0.1μm≦T
N
≦0.15μm；
[0025]N型第一埋区的横向长度L
N1
为：0.8μm≦L
N1
≦1.3μm；N型第二埋区的横向长度L
N2
为：5.2μm≦L
N2
≦5.7μm。
[0026]所述P型埋层的掺杂浓度范围为5
×
10
17
cm
‑3～1
×
10
19
cm
‑3；
[0027]P型第一埋区、P型第二埋区具有相同的厚度T
P
，且P型埋层的厚度T
P
为0.1μm≦T
P
≦0.15μm；
[0028]P型第一埋区的第一端邻近源极体，P型第一埋区的第二端邻近漏极体，且P型第一埋区的第一端与源极体间的横向距离为0.5μm～1μm；
[0029]P型第二埋区的第一端邻近源极体，P型第二埋区的第二端邻近漏极体，P型第二埋区的第二端与P型第一埋区的第一端对应邻近，且P型第二埋区的第二端与漏极体间的横向距离为0.5μm～1μm。
[0030]P型第一埋区的横向长度L
P1
为：4.3μm≦L
P1
≦6.8μm；
[0031]P型第二埋区的横向长度L
P2
为：5.5μm≦L
P2
≦6.5μm。
[0032]栅场板的长度L
GFP
为：1μm≦L
GFP
≦1.5μm；漏极体与P
‑
GaN栅的横向距离L
GD
为：16μm≦L
GD
≦19μm
[0033]源场板覆盖于钝化层上的长度L...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高功率优值与优异导通特性的GaN场效应晶体管，包括GaN场效应晶体管本体，所述GaN场效应晶体管本体包括C掺杂缓冲层以及设置于所述C掺杂缓冲层上的器件结构；其特征是，在所述C掺杂缓冲层内设置可耗尽背景载流子和沟道载流子的P型埋层，且在所述C掺杂缓冲层内设置用于补充由P型埋层耗尽的沟道载流子的N型埋层；在C掺杂缓冲层内，N型埋层位于P型埋层与器件沟道层结构之间。2.根据权利要求1所述具有高功率优值与优异导通特性的GaN场效应晶体管，其特征是：N型埋层通过C掺杂缓冲层与P型埋层间隔，N型埋层与器件结构内的沟道层接触；在C掺杂缓冲层内，P型埋层包括P型第一埋区以及与所述P型第一埋区正对应的P型第二埋区；N型埋层包括N型第一埋区以及与所述N型第一埋区正对应的N型第二埋区；N型第一埋区与P型第一埋区正对应，N型第二埋区与P型第二埋区正对应；N型第一埋区的第一端位于P型第一埋区第一端的内侧，且N型第一埋区的第一端与器件结构内P
‑
GaN栅邻近漏极体一侧的端部平齐，N型第一埋区的第二端不超过P型第一埋区的第二端，N型第二埋区的两端位于P型第二埋区相应两端的内侧。3.根据权利要求2所述具有高功率优值与优异导通特性的GaN场效应晶体管，其特征是：器件结构还包括位于沟道层上的势垒层、位于所述势垒层上的钝化层、位于P
‑
GaN栅上的栅场板、用于形成源电极的源极体以及与所述源极体对应的源极场板，其中，源极体、漏极体与沟道层、势垒层均形成欧姆接触，P
‑
GaN栅位于源极体与漏极体之间，源极体对应邻近P型第一埋区，漏极体对应邻近P型第二埋区；P
‑
GaN栅以及栅场板位于钝化层内，P
‑
GaN栅支撑于势垒层上；所述源极场板与源极体连接，并覆盖钝化层上，且源极场板在钝化层上的横向长度小于钝化层相应的横向长度。4.根据权利要求3所述具有高功率优值与优异导通特性的GaN场效应晶体管，其特征是：所述N型埋层掺杂浓度的范围为6
×
10
17
cm
‑3～2
×
10
18
cm
‑3，N型埋层与P型埋层的间距H
NP
为：0.05μm≦H
NP
≦0.25μm；N型第一埋区、N型第二埋区位于漏极体以及P
‑
GaN栅邻近所述漏极体的端部之间，其中，N型第一埋区与覆盖钝化层上的源极场板空间交叠，N型第二埋区与源极场板空间非交叠。5.根据权利要求4所述具有高功率优值与优异导通特性的GaN场效应晶体管，其特征是：N型第一埋区、N型第二埋区具有相同的厚度T
N
，且N型埋层的厚度T
N
为：0.1μm≦T
N

【专利技术属性】
技术研发人员：刘士进，李明宇，
申请(专利权)人：江苏芯唐微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：