一种高耐压、增强型MIS结构P-GaN栅的垂直HEMT器件制造技术

技术编号:41413661 阅读:5 留言:0更新日期:2024-05-20 19:41
本技术公开了一种高耐压、增强型MIS结构P‑GaN栅的垂直HEMT器件,属于半导体器件技术领域,包括漏极、源极、P‑GaN栅、AlGaN势垒层和衬底,所述源极设在所述P‑GaN栅的两侧,所述衬底设在AlGaN势垒层的下方,所述漏极设在所述衬底的底部,所述P‑GaN栅与所述源极之间还设有钝化层;所述P‑GaN栅包括上下依次设置的栅极、栅介质层和P‑GaN层。本技术能够解决现有技术中的不足,引入钝化层可以改善能带分布实现大的阈值电压,P型埋层的引入改善了器件电场分布实现更大击穿电压,满足了实际应用中的需求。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体器件,尤其涉及一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件。


技术介绍

1、gan材料作为第三代半导体器件,具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和速度大等优势;gan hemt器件不仅具备gan材料的优良特性,还因为其结构中具有algan/gan异质结,在交界处会产生极化电场,调制能带和电荷的分布,形成了高迁移率和面密度的二维电子气,使得gan基hemt器件在大功率电路中得到了广泛的应用。

2、常规横向器件由于栅极靠近漏极引起表面电场分布不均匀,漏电比较大、击穿电压比较小;同时由于虚栅效应导致器件产生电流坍塌,使得器件导通电阻明显增大。垂直型gan hemt器件由于其在垂直方向上施加源漏电场,栅极和漏极处于两侧,电场由器件表面引入器件内部,可以很好的克服上述问题。但是常规垂直hemt器件在栅压为零时仍处于导通状态,且缓冲层和电流阻挡层形成的pn结没有充分发挥耐压作用,导致击穿电压不高,极大的限制其应用的场景。


技术实现思路

1、本技术的目的在于提出一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件,以解决上述
技术介绍
中存在的一个或多个技术问题。

2、为达此目的,本技术采用以下技术方案:

3、一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件,1、包括漏极、源极、p-gan栅、algan势垒层和衬底,所述源极设在所述p-gan栅的两侧,所述衬底设在algan势垒层的下方,所述漏极设在所述衬底的底部,所述p-gan栅与所述源极之间还设有钝化层;所述p-gan栅包括上下依次设置的栅极、栅介质层和p-gan层。

4、优选的,还包括缓冲层和p型埋层,所述缓冲层设在algan势垒层与所述衬底之间,所述p型埋层埋设在所述缓冲层内的两侧。

5、优选的,还包括gan沟道层和电流阻挡层,所述gan沟道层设在所述algan势垒层的底部,所述电流阻挡层设在所述gan沟道层与所述缓冲层之间,所述电流阻挡层中设有上下贯通的电流孔径。

6、优选的,所述p型埋层的长度短于所述电流阻挡层。

7、优选的,所述漏极和所述衬底之间为欧姆接触,所述欧姆接触采用ti/al/ni/au合金、ti/al/mo/a合金或ti/al/ti/tin合金;所述衬底采用si、蓝宝石、sic或gan材料制成。

8、优选的,所述缓冲层采用n型掺杂gan,厚度为7um-14um;所述p型埋层采用p型掺杂gan,所述p型埋层与所述电流阻挡层之间的距离和与所述衬底之间的距离相等,厚度为0.5um~1um,长度为1um~3.5um。

9、优选的,所述电流阻挡层采用p型掺杂gan,长度为1.5um~4um,所述电流孔径采用n型掺杂gan,长度为3um~7um。

10、优选的,所述gan沟道层的厚度为30~50nm,所述algan势垒层的厚度为10~30nm。

11、优选的,所述p-gan层的厚度为50nm~110nm,所述栅介质层的厚度为5nm~10nm,所述栅介质层采用sio2或al2o3材料制成,所述钝化层采用sio2、sinx、hfo2或al2o3材料制成。

12、优选的,所述源极与沟道层之间、所述源极与所述algan势垒层之间为欧姆接触,所述栅极和栅介质层之间为肖特基接触。

13、与现有技术相比,本技术的有益效果为:通过在栅极下方设有栅介质层和p-gan层,栅介质层可以有效地分担栅极施加的电压;p-gan层可以有效提升algan势垒的能带高度,耗尽algan和gan异质结处的二维电子气,此时,为了使得器件开启(沟道中充满一定量的电子),需要施加更大的栅极电压,进而实现了强的增强型;

14、通过在缓冲层设置p型埋层,使得在p型埋层区域形成一个电场高峰,与n型掺杂的缓冲层共同形成纵向pn结,不仅分担电压,还缓解了缓冲层的电场分布。避免了传统垂直器件的电场强度和距离电流阻挡层的距离呈反比,充分发挥了缓冲层耐压的作用,使得器件电场分布更加均匀,避免器件发生提前击穿;

15、通过设置p型埋层的长度短于电流阻挡层,相较于p型埋层长于或者等于电阻阻挡层的结构而言,由于p型埋层会和相近的缓冲层形成pn耗尽区阻碍电流通过,p型埋层越短耗尽区域越小电流可以流过的区域就越大,但是对应击穿电压也会减小。因此可以调节p型埋层长度来让导通电阻和击穿电压实现折衷关系,进而在获得大的击穿电压的同时获得小的导通电阻。

16、由此,本技术能够解决现有技术中的不足,引入钝化层可以改善能带分布实现大的阈值电压,p型埋层的引入改善了器件电场分布实现更大击穿电压,满足了实际应用中的需求。

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【技术保护点】

1.一种高耐压、增强型MIS结构P-GaN栅的垂直HEMT器件,其特征在于,包括漏极、源极、P-GaN栅、AlGaN势垒层和衬底,所述源极设在所述P-GaN栅的两侧,所述衬底设在AlGaN势垒层的下方,所述漏极设在所述衬底的底部,所述P-GaN栅与所述源极之间还设有钝化层;所述P-GaN栅包括上下依次设置的栅极、栅介质层和P-GaN层。

2.根据权利要求1所述的一种高耐压、增强型MIS结构P-GaN栅的垂直HEMT器件,其特征在于,还包括缓冲层和P型埋层,所述缓冲层设在AlGaN势垒层与所述衬底之间,所述P型埋层埋设在所述缓冲层内的两侧。

3.根据权利要求2所述的一种高耐压、增强型MIS结构P-GaN栅的垂直HEMT器件,其特征在于,还包括GaN沟道层和电流阻挡层,所述GaN沟道层设在所述AlGaN势垒层的底部,所述电流阻挡层设在所述GaN沟道层与所述缓冲层之间,所述电流阻挡层中设有上下贯通的电流孔径。

4.根据权利要求3所述的一种高耐压、增强型MIS结构P-GaN栅的垂直HEMT器件,其特征在于,所述P型埋层的长度短于所述电流阻挡层。

5.根据权利要求1所述的一种高耐压、增强型MIS结构P-GaN栅的垂直HEMT器件,其特征在于,所述漏极和所述衬底之间为欧姆接触;所述衬底采用Si、蓝宝石、SiC或GaN材料制成。

6.根据权利要求3所述的一种高耐压、增强型MIS结构P-GaN栅的垂直HEMT器件,其特征在于,所述缓冲层采用N型掺杂GaN,厚度为7um-14um;所述P型埋层采用P型掺杂GaN,所述P型埋层与所述电流阻挡层之间的距离和与所述衬底之间的距离相等,厚度为0.5um~1um,长度为1um~3.5um。

7.根据权利要求3所述的一种高耐压、增强型MIS结构P-GaN栅的垂直HEMT器件,其特征在于,所述电流阻挡层采用P型掺杂GaN,长度为1.5um~4um,所述电流孔径采用N型掺杂GaN,长度为3um~7um。

8.根据权利要求3所述的一种高耐压、增强型MIS结构P-GaN栅的垂直HEMT器件,其特征在于,所述GaN沟道层的厚度为30~50nm,所述AlGaN势垒层的厚度为10~30nm。

9.根据权利要求1所述的一种高耐压、增强型MIS结构P-GaN栅的垂直HEMT器件,其特征在于,所述P-GaN层的厚度为50nm~110nm,所述栅介质层的厚度为5nm~10nm,所述栅介质层采用SiO2或Al2O3材料制成,所述钝化层采用SiO2、SiNx、HfO2或Al2O3材料制成。

10.根据权利要求1所述的一种高耐压、增强型MIS结构P-GaN栅的垂直HEMT器件,其特征在于,所述源极与沟道层之间、所述源极与所述AlGaN势垒层之间为欧姆接触,所述栅极和栅介质层之间为肖特基接触。

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【技术特征摘要】

1.一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件,其特征在于,包括漏极、源极、p-gan栅、algan势垒层和衬底,所述源极设在所述p-gan栅的两侧,所述衬底设在algan势垒层的下方,所述漏极设在所述衬底的底部,所述p-gan栅与所述源极之间还设有钝化层;所述p-gan栅包括上下依次设置的栅极、栅介质层和p-gan层。

2.根据权利要求1所述的一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件,其特征在于,还包括缓冲层和p型埋层,所述缓冲层设在algan势垒层与所述衬底之间,所述p型埋层埋设在所述缓冲层内的两侧。

3.根据权利要求2所述的一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件,其特征在于,还包括gan沟道层和电流阻挡层,所述gan沟道层设在所述algan势垒层的底部,所述电流阻挡层设在所述gan沟道层与所述缓冲层之间,所述电流阻挡层中设有上下贯通的电流孔径。

4.根据权利要求3所述的一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件,其特征在于,所述p型埋层的长度短于所述电流阻挡层。

5.根据权利要求1所述的一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件,其特征在于,所述漏极和所述衬底之间为欧姆接触;所述衬底采用si、蓝宝石、sic或gan材料制成。

6.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:尹以安邹炳志王进懿
申请(专利权)人:华南师范大学
类型:新型
国别省市:

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