[发明专利]一种具有源极相连P埋层和漏场板的GaN场效应晶体管

说明书

本发明公开了一种具有源极相连P埋层和漏场板的GaN场效应晶体管,包括栅极、源区、栅介质层、钝化层、势垒层，沟道层，低浓度陷阱掺杂缓冲层，高浓度陷阱掺杂缓冲层，与源极相连P型埋层，漏场板；所述源极相连P型埋层位于低浓度陷阱掺杂缓冲层中，所述漏场板位于钝化层上并栅极延伸。本发明的晶体管工作于关态高压时，P型埋层与漏极相连可以充分耗尽沟道和缓冲层中的载流子，从而降低缓冲层中的泄漏电流，同时调制栅漏之间的电场分布。在P型埋层与漏极相连的基础上，漏场板可以进一步调制漏端的电场，最终使该结构器件相对于传统的纯栅场板AlGaN/GaN绝缘栅场效应晶体管，耐压特性上有明显的改善。

技术领域

本发明涉及半导体高耐压用功率器件，具体涉及一种具有源极相连P型埋层和漏场板的耐压AlGaN/GaN绝缘栅场效应晶体管。

背景技术

随着世界经济的不断发展，能源消耗不断增加，不可再生能源石油存储量越来越少，各国的环保危机意识逐渐增强，为了减少电力电子系统的电力转换和控制方面电能的浪费，提高利用能量的效率，电力电子系统中的核心部件，增强型功率晶体管的能量转换效率一直倍受关注。然而现在在各国的电力电子系统中，所用到的增强型功率开关器件仍然主要是基于Si的MOSFET以及IGBT等。经过多年的发展之后，这些器件已经接近材料的理论物理极限，能量损耗仍然高达5～15％，提高空间有限。为了节约有限的能源，提高能源的利用效率，迫切需要在新材料体系下寻找新的方案，发展新型功率开关器件，提高能量转换效率。

一般把禁带宽度大于2eV的半导体材料定义为宽禁带材料，诸如AlN，SiC和GaN等。理论上，宽禁带材料相比低禁带的材料，宽的禁带的材料在电学特性，热性能等特性上可以获得更好的性能，GaN材料可与AlGaN材料形成AlGaN/GaN异质结，异质结界面下方具有高浓度和高迁移率的二维电子气沟道，采用AlGaN/GaN异质结制作的GaN功率器件，相比Si材料制作的器件，能获得的能量转换效率更高。近年来，各国的研究机构已经展开了可用于取代传统的Si功率开关器件的GaN功率开关器件的研究。

GaN功率开关器件的可靠性，性能和效率很大程度上取决于GaN和相关外延层的生长质量。宽禁带GaN材料和Si衬底之间的物理性质差异巨大，比如晶格常数和热膨胀系数不匹配，使得硅晶片上GaN缓冲层的异质外延生长时，不可避免地产生晶格失配和位错，同时结构中的晶格常数和热膨胀系数不匹配而引起的应力也会损害器件的可靠性，最终在GaN缓冲层中可产生高达10¹⁰cm^-3的缺陷。由于掺杂杂质和点缺陷，导致生长出来的GaN基本为n型掺杂，背景泄漏电流比较大，容易导致器件的性能恶化，使得器件有可能发生过早的击穿。故需要在结构上对GaN功率器件进行重新设计，进一步提升GaN功率器件的耐压。

发明内容

本发明针对常规GaN功率器件存在的问题，提出了一种新的器件结构，这里我们称该结构为具有源极相连P型埋层和漏场板的耐压AlGaN/GaN绝缘栅场效应晶体管。

实现本发明采用技术方案如下：