基于III族氮化物材料含多层背势垒的器件结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于III族氮化物材料含多层背势垒的器件结构，属于半导体器件领域。本实用新型专利技术自下而上包括衬底层、背势垒结构层和沟道层；所述背势垒结构层由两层及以上不同Al组份的AlxGaN（0＜x＜1）背势垒组成，所述背势垒结构层的Al组份沿从沟道层到衬底层方向递增，但同一背势垒中Al组份不变。背势垒结构层降低了沟道电场峰值，有效的调节了沟道电场，提高了器件的击穿电压；相较于场板技术，多层背势垒结构不增加栅电容，对器件的频率特性影响较小；相较于单层背势垒结构，多层背势垒结构在不引入高浓度的2DHG的前提下，用多层低组份背势垒共同调节沟道电场，从而在保持高的器件饱和电流基础上，有效的增加器件耐压。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种基于III族氮化物材料含多层背势垒的器件结构，属于半导体器件领域。本技术自下而上包括衬底层、背势垒结构层和沟道层；所述背势垒结构层由两层及以上不同Al组份的AlxGaN（0＜x＜1）背势垒组成，所述背势垒结构层的Al组份沿从沟道层到衬底层方向递增，但同一背势垒中Al组份不变。背势垒结构层降低了沟道电场峰值，有效的调节了沟道电场，提高了器件的击穿电压；相较于场板技术，多层背势垒结构不增加栅电容，对器件的频率特性影响较小；相较于单层背势垒结构，多层背势垒结构在不引入高浓度的2DHG的前提下，用多层低组份背势垒共同调节沟道电场，从而在保持高的器件饱和电流基础上，有效的增加器件耐压。【专利说明】基于M I族氮化物材料含多层背势垒的器件结构
本技术涉及半导体器件领域。
技术介绍
GaN半导体材料具有更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场和电子饱和漂移速度等优异的性能，受到研究者们的广泛关注。虽然GaN材料的临界击穿电场远高于其他半导体材料，但是由于GaN器件局域曲率效应，器件内部存在一个峰值电场，使得器件提前击穿。因此如何降低峰值电场、缓解局域曲率效应、提高器件击穿电压始终是国内外研究热点之一 O场板技术是提高器件耐压最为简单有效的方法。Mishra小组报道了国际上首个高压电力开关器件AlGaN/GaN HEMT就带有场板；紧接Mishra小组又报道了带三层场板的器件(Mishra, U.K..Status of AlGaN/GaN HEMT technology-A UCSB perspective.1nGallium Arsenide and Other Semiconductor Application Symposium, EGAAS 2005,European, pp.21-27),击穿电压达到900V,代表着当时的最高水平；东芝公司的WataruSaito研究小组于2008年用源、栅双场板结构制备出了击穿电压达940V、峰值电流4.4A，特征通态电阻仅3.6 mW*cm2 (约为Si器件的1/44)的器件。场板技术虽然提高了器件耐压，但是其致命缺点是增大电容，使得频率特性变差。背势垒结构可以有效的增加二维电子气(2DEG)的沟道限域性，从而降低漏电提高击穿电压。Micovic等人在AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)中引入Alci tl4GaN背势垒，利用背势垒结构将沟道处GaN的势垒提高了 l_2eV，提高了 2DEG的沟道限域性，提高了器件的击穿电压，从而提高了 AlGaN/GaN HEMT的功率密度，在IOGHz频率下，漏压的工作电压高达40V，输出功率密度到达10.5W/mm。单层背势垒结构提高击穿电压的效果是有限的，首先背势垒的组份不易太高，否则会引入高浓度的二维空穴气(2DHG)，增加缓冲层漏电，击穿电压反而下降；但是低的背势垒组份增加沟道限域性的作用很有限。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种基于III族氮化物材料含多层背势垒的器件结构，该结构使得基于III族氮化物材料的器件在保持高频率特性和大饱和电流的基础上，提高器件的击穿电压，缓解其频率、饱和电流和击穿电压的矛盾关系，克服了单层背势垒的缺点，在不引入高浓度的2DHG的前提下，有效的增加器件耐压。为了解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为:一种基于III族氮化物材料含多层背势垒的器件结构，自下而上包括衬底层、背势垒结构层和沟道层；所述背势垒结构层由两层及以上不同Al组份的AlxGaN (O < x < I)背势垒组成。所述背势垒结构层中的Al组份沿沟道层到衬底层方向递增，但同一背势垒中Al组份不变。所述背势垒结构层的Al组份从沟道层到衬底层为线性增加或者非线性增加。所述背势垒结构层中各背势垒的厚度相等。采用上述技术方案取得的技术进步为:I)由多层背势垒组成的背势垒结构层降低了沟道电场峰值，有效的调节了沟道电场，提高了器件的击穿电压；相较于场板技术，多层背势垒结构不增加栅电容，对器件的频率特性影响较小；2)相较于单层背势垒结构，多层背势垒结构在不引入高浓度的2DHG的前提下，用多层低组份背势垒共同调节沟道电场，从而在保持高的器件饱和电流基础上，有效的增加器件耐压。【专利附图】【附图说明】图1为本技术实施例1的结构示意图；图2为本技术实施例2的结构示意图；图3为本技术实施例3的结构示意图；图4为本技术实施 例4的结构示意图；其中，1、衬底层，2、第一背势垒，3、第二背势垒，4、沟道层，5、势垒层，6、源金属，7、栅金属，8、漏金属,9、阴极金属，10、阳极金属，11、栅介质，12、第三背势鱼。【具体实施方式】实施例1由图1所示可知，实施例1为基于III族氮化物材料的多层背势垒高电子迁移率晶体管HEMT，自下而上包括衬底层1、背势垒结构层、沟道层4和势垒层5，在所述势垒层5上设有源金属6、栅金属7和漏金属8。所述背势垒结构层由第一背势垒2和第二背势垒3组成，第一背势垒2和第二背势垒3为AlxGaN (O < x < I),同一背势垒中Al组份不变。所述衬底层I为Si或蓝宝石；所述沟道层4为GaN或者AlxGa1J (O < x < I)；所述势鱼层 5 为 InxAlyGa1HN (O ^ x ^ 1,0 ^ y ^ I, x+y Si)。所述背势垒结构层的Al组份沿沟道层4到衬底层I方向逐渐线性增加，即第一背势垒2的Al组分大于第二背势垒3的Al组分，但是两种组分数值之间为线性关系；第二背势垒3的Al组份为4%，第一背势垒2的Al组份为8%。第一背势垒2和第二背势垒3的厚度相等。实施例2由图2所示可知，实施例2为基于III族氮化物材料的多层背势垒肖特基二极管SBD,自下而上包括衬底层1、背势垒结构层、沟道层4和势垒层5，在所述势垒层5上设有阳极金属10，在所述沟道层4上设有阴极金属9。所述背势垒结构层由第一背势垒2和第二背势垒3组成。第一背势垒2和第二背势垒3为AlxGaN (O < x < I),同一背势垒中Al组份不变。所述衬底I为或SiC或GaN或金刚石；所述沟道层4为GaN ;所述势鱼层5为InxAlyGah_yN (O ^ x ^ I, O ^ y ^ I, x+y Si)。所述背势垒结构层的Al组份沿沟道层4到衬底层I方向逐渐非线性增加。即第一背势垒2的Al组分大于第二背势垒3的Al组分，但是两种组分数值之间为非线性关系；第二背势垒3的Al组份为3% ;第一背势垒2的Al组分为5%。第一背势垒2和第二背势垒3的厚度不相等，第二背势垒3的厚度大于第一背势垒2的厚度。实施例3由图3所示可知，实施例3为基于III族氮化物材料的多层背势垒肖特基势垒场效应晶体管MESFET，自下而上包括衬底层1、背势垒结构层、沟道层4，在所述沟道层4上设有源金属6、栅金属7和漏金属8。所述背势垒结构层由第一背势垒2、第二背势垒3和第三背势垒12组成，第一背势垒2、第二背势垒3和第三背势垒12为AlxGaN (O < x < 1)，同一背势垒中Al组份不变。所述衬底层I为Si或蓝宝石或S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于III族氮化物材料含多层背势垒的器件结构，其特征在于自下而上包括衬底层（1）、背势垒结构层和沟道层（4）；所述背势垒结构层由两层及以上不同Al组份的AlxGaN背势垒组成，其中0＜x＜1。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王元刚，冯志红，敦少博，吕元杰，房玉龙，徐鹏，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：实用新型
国别省市：