[发明专利]具有AlGaN/GaN异质结的垂直型场效应晶体管及其制作方法

说明书

本发明提出了一种具有AlGaN/GaN异质结的垂直型场效应晶体管及其制作方法。该器件具有两个特点：一是将AlGaN/GaN异质结形成的二维电子气用于形成器件的横向低阻导电通道；二是在器件漂移区中引入纵向低阻导电通道。器件关断时，由于二维电子气引入了新的电荷，改变了器件中的电场分布，提高了击穿电压，同时缓解了击穿电压与漂移区浓度之间的矛盾关系。器件导通时，由于新的导电通道改变了传统垂直型场效应晶体管的电流分布，使得在漂移区浓度较低的情况下也能实现较低的导通电阻。结合以上优势，在相同漂移区长度的情况下，本发明具有更高的耐压和更低的导通损耗。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件领域，尤其涉及一种具有AlGaN/GaN异质结的垂直型场效应晶体管。

背景技术

功率半导体器件是指主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面的大功率电子器件。垂直双扩散金属氧化物半导体作为功率半导体器件领域的重要元器件，它的开关速度块，损耗耗小，输入阻抗高，驱动功率小，频率特性好，跨导高度线性。已经被广泛应用于功率集成电路与功率集成系统中。

作为第三代半导体材料核心之一的GaN材料，相比Si，GaAs和碳化硅(SiC)特殊之处在于其所具有极化效应。AlGaN/GaN异质结通过自发极化和压电极化效应在异质结界面处形成高密度二维电子气(two dimensional electron gas，2DEG)，这种二维电子气在异质结导电沟道中具有很高的迁移率。

目前，基于GaN材料的器件主要是横向HEMT器件，普通的AlGaN/GaN HEMTs器件由于栅极是肖特基接触，泄漏电流较大，位于器件表面的高电场峰也会带来的一系列热电子注入、逆压电效应等，对器件的性能带来不利影响，此外，横向器件相比于纵向器件仍然具有较小的电流密度，然而由于二维电子气密度受界面特性和晶向的影响，很难应用于传统纵向器件中。

发明内容

本发明提出一种新的具有AlGaN/GaN异质结垂直型场效应晶体管，旨在进一步提高垂直型场效应晶体管的击穿电压，降低其导通电阻，提高器件的性能。

本发明的技术方案如下：

具有AlGaN/GaN异质结的垂直型场效应晶体管，包括：

半导体材料的衬底，兼作漏区；

在衬底上外延生长形成的N型GaN外延层，作为漂移区；

分别在漂移区上部的左、右两端区域形成的两处P型基区；每一处P型基区中形成沟道以及N+型源区和P+沟道衬底接触，其中N+型源区与沟道邻接，P+沟道衬底接触相对于N+型源区位于沟道远端；

栅介质层，覆盖两处P型基区相应的沟道部分；

栅极，位于栅氧化层上表面；

源极，覆盖两处P+沟道衬底接触与相应N+型源区相接区域的上表面；

漏极，位于衬底下表面；

有别于现有技术的是：

所述漂移区分为：

在衬底上外延生长的轻掺杂漂移区；

在轻掺杂漂移区中部通过离子注入形成的重掺杂漂移区；

对应于器件中部，在重掺杂漂移区及其两侧邻接的轻掺杂漂移区部分的表面异质外延生长有ALGaN层，使得AlGaN/GaN异质结能够产生二维电子气(2DEG)，形成器件的横向低阻导电通道，并且在漂移区中引入纵向低阻导电通道；

ALGaN层表面设置有源介质层，满足覆盖2DEG的界面，源介质层设置有第三处源极，三处源极共接。

上述漂移区(包括重掺杂漂移区和轻掺杂漂移区)的掺杂浓度和厚度由器件的耐压要求决定，同时重掺杂漂移区的掺杂浓度以及深度还由器件的导通电阻决定。