[发明专利]一种氮化镓基高电子迁移率晶体管有效
申请号: | 201810685086.4 | 申请日: | 2018-06-28 |
公开(公告)号: | CN108878524B | 公开(公告)日: | 2020-06-12 |
发明(设计)人: | 杜江锋;汪浩;刘勇;白智元;辛奇;于奇 | 申请(专利权)人: | 电子科技大学 |
主分类号: | H01L29/778 | 分类号: | H01L29/778;H01L21/335;H01L29/06 |
代理公司: | 成都点睛专利代理事务所(普通合伙) 51232 | 代理人: | 葛启函 |
地址: | 611731 四川省成*** | 国省代码: | 四川;51 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 氮化 镓基高 电子 迁移率 晶体管 | ||
一种氮化镓基高电子迁移率晶体管,属于半导体器件技术领域。本发明通过在传统GaNHEMT器件的栅极与漏极之间形成具有整流作用的横向肖特基二极管,以此作为耐压结构来调制器件表面电场,优化横向电场分布,从而达到提高器件击穿电压的目的;同时,横向肖特基二极管的存在还可以在阻断状态下承受一定反向电压,在正向导通状态下避免栅极加正压时栅极产生过大的泄漏电流,保证了器件的正向电流能力;此外,本发明相比场板结构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,提高了器件的可靠性。
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域,具体涉及一种具有横向肖特基二极管耐压结构的氮化镓基高电子迁移率晶体管。
背景技术
氮化镓(GaN)基高电子迁移率晶体管具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和速度高、导热性能好、抗辐射和良好的化学稳定性等优异特性,同时氮化镓(GaN)材料可以与铝镓氮(AlGaN)或者铟镓氮(InGaN)等材料形成具有高浓度和高迁移率的二维电子气异质结沟道,因此,氮化镓(GaN)基高电子迁移率晶体管特别适用于高压、大功率及高温场合的应用,成为了电力电子应用最具潜力的晶体管之一。
图1为现有技术的普通氮化镓(GaN)基高电子迁移率晶体管(HEMT)的结构示意图,主要包括自下而上依次层叠设置的衬底107、氮化镓缓冲层106、氮化镓沟道层105、铝镓氮势垒层104以及分别设置在铝镓氮势垒层上表面的源极101、漏极102和栅极103,所述源极101和漏极102均与铝镓氮势垒层104形成欧姆接触,栅极103与铝镓氮势垒层104形成肖特基接触;所述源极101与所述栅极103以及所述栅极103与所述漏极102之间分别设置有钝化层108。对于普通GaN HEMT器件而言,当器件承受耐压时,栅极103和漏极102之间沟道二维电子气并不能够完全耗尽,这样将会使得沟道电场主要集中在栅极103的边缘,从而导致器件在较低的漏极电压下便被击穿;同时,从源极101注入的电子可以经过氮化镓缓冲层106到达漏极102,从而形成漏电通道,而过大的缓冲层泄漏电流同样会导致器件提前击穿,这样无法充分发挥GaN材料的高耐压优势,从而限制氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管在高压方面的应用。
为了充分利用GaN材料的高临界击穿电场等优异特性,业内研究者对于提高HEMT的耐压能力进行了许多研究,通常采用如下方式:
1.场板技术是一种用于改善器件耐压的常用终端技术,文献(J.Li,et.al.“Highbreakdown voltage GaNHFET with field plate”IEEE ElectronLett,vol.37,No.3,pp.196–197,February.2001.)公开有采用与栅短接的场板,场板的引入可以降低主结的曲率效应和电场尖峰,有效地耗尽其下的沟道二维电子气,扩展栅极与漏极之间的二维电子耗尽区域,使栅漏之间的电场分布更加均匀,从而提高耐压。然而,场板的引入会使器件寄生电容增大,影响器件的高频和开关特性。
2.缓冲层中引入P-GaN也可提高器件的关态击穿电压,有文献(ShreepadKarmalkar,et.al.“RESURFAlGaN/GaN HEMT for High Voltage PowerSwitching”IEEEElectron Device Letters,VOL.22,NO.8,AUGUST 2001)通过引入P-GaN提高了器件耐压,P-GaN的引入可以提高器件的纵向耐压,避免器件过早击穿。但是,P-GaN的激活率很低,改善器件耐压能力的效果有限。
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