[发明专利]一种具有栅下局部低掺杂的4H-SiC金属半导体场效应晶体管

说明书

本发明公开了一种具有栅下局部低掺杂的4H‑SiC金属半导体场效应晶体管，自下而上包括4H‑SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层，N型沟道层的两侧表面设有源极帽层和漏极帽层，源极帽层和漏极帽层表面设有源电极，漏极帽层表面设有漏电极，所述N型沟道层沟道底部且靠近源极帽层的一侧设有栅电极，在N型沟道层底部且位于栅电极下方设有与栅电极中心对称的低掺杂层，栅电极的底部与低掺杂层上端紧密接触。与现有技术相比，本发明的场效应晶体管击穿电压得到提高，从而提高器件输出功率密度。

技术领域

本发明涉及场效应晶体管技术领域，特别是一种具有栅下局部低掺杂的4H-SiC金属半导体场效应晶体管。

背景技术

碳化硅(SiC)由于其具有的宽禁带宽度、高临界电场、高饱和漂移速度和高热导率等优良的电学性能吸引了人们的注意，成为第三代半导体材料。这些优良特性使碳化硅(SiC)常常应用于高压、高温、高频、大功率等工作条件下。SiC在微波功率器件，尤其是金属半导体场效应晶体管(MESFET)的应用中占有主要地位，已成为近年来微波功率器件领域内研究的热点。

在微波频段的功率器件中，4H-SiCMESFET有着极大的饱和漏极输出电流和击穿电压。目前，针对4H-SiCMESFET器件进行的改进主要是在传统4H-SiCMESFET的几何形状上，对栅、沟道区、漂移区等进行结构改进。但由于传统器件结构的局限性，器件受到饱和漏电流和击穿电压均衡的限制，在保证器件击穿电压较大的条件下，则必须牺牲器件相关的饱和漏电流换取更大的击穿电压。

如中国专利申请号：201510001340.0公开的一种具有双凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应晶体管，自下而上包括4H-SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层，N型沟道层的两侧分别为源极帽层和漏极帽层，源极帽层和漏极帽层表面分别是源电极和漏电极，沟道上方且靠近源极帽层的一侧形成栅电极，P型缓冲层的上端面在栅源和栅漏间下方设有凹槽。该具有双凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应晶体管虽然也具有输出漏极电流高，击穿电压稳定的优点，但是该双凹陷缓冲层主要是对场效应晶体管的交流特性进行的改进，而且该性能还能够再提高，因此，可以在此基础上加以改进，并对场效应晶体管的直流特性加以改进。

发明内容

本发明的目的是要提供一种具有栅下局部低掺杂的4H-SiC金属半导体场效应晶体管，使击穿电压得到提高，从而提高器件输出功率密度。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种具有栅下局部低掺杂的4H-SiC金属半导体场效应晶体管，自下而上包括4H-SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层，N型沟道层的两侧表面设有源极帽层和漏极帽层，源极帽层和漏极帽层表面设有源电极，漏极帽层表面设有漏电极，所述N型沟道层沟道顶部且靠近源极帽层的一侧设有栅电极，在N型沟道层顶部且位于栅电极下方设有与栅电极中心对称的低掺杂层，栅电极的下表面与低掺杂层上表面紧密接触。

进一步，所述低掺杂层以源侧栅电极为起点，长度为0.7μm。

进一步，所述低掺杂层的深度为0.08-0.13μm。

进一步，所述低掺杂层通过高能离子注入和高温退火工艺实现，低掺杂层的掺杂浓度为1×10¹⁵-3×10¹⁵cm^-3。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.击穿电压提高：本发明在栅电极的下方加入低掺杂层，使漏侧漂移区产生更大的耗尽层，进而产生了新的电场峰，缓解了栅极漏侧的电场强度，提高了击穿电压。

2.栅极跨导提高：栅极下方的低掺杂层具有辅助栅对沟道耗尽的作用，因此增强了栅极电压对沟道电流的控制能力，使跨导增大。