[发明专利]具有结型栅AlGaN/GaN异质结的横向晶体管及其制作方法

说明书

本发明提出了一种具有结型栅AlGaN/GaN异质结的横向晶体管及其制作方法。该横向晶体管中，外延层对应于栅极下方的区域通过离子注入形成P型区；靠近漏极一侧的外延层表面还通过异质外延形成AlGaN层与漏极相接，形成AlGaN/GaN异质结；栅极为结型栅，源极和漏极为欧姆接触。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，从而使具有结型栅和AlGaN/GaN异质结的横向晶体管具有很低的导通电阻。氮化镓外延层与衬底之间的异质结优化了晶体管的纵向电场分布，提高了器件的击穿电压；同时，采用结型栅可以获得增强型器件。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件领域，具体涉及一种结型栅横向晶体管。

背景技术

宽禁带半导体材料本身具有的优越性质，电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好的特点，在功率器件领域应用中潜在的巨大前景。由于氮化物材料没有天然的衬底，需要依靠材料生长的方式实现单晶材料，在GaN材料的生长过程中，由于无法避免的N空位、Si杂质和O杂质的存在，即使不对GaN材料掺杂，GaN材料的n型掺杂浓度也会高度10¹⁶/cm^-3，这个现象对GaN基材料电子器件的性能产生了严重影响。

JFET是电压控制的单极型器件，它具有开关速度快、输入阻抗高、高温特性好、制备工艺成熟等优点，已成为近年来发展很快的功率器件之一，并有广泛的应用。

目前，在结型栅横向晶体管中，随着漂移区的长度增加，导通电阻大幅增加，且电流密度仍然较小。

发明内容

本发明提出了一种具有结型栅AlGaN/GaN异质结的横向晶体管，突破了横向器件中随着漂移区长度增加导通电阻大幅增加的问题。

本发明的技术方案如下：

该具有结型栅AlGaN/GaN异质结的横向晶体管，包括：

半导体材料的衬底；

位于衬底上表面的GaN材料的外延层；

位于外延层表面的源极、漏极和栅极；

其中，所述外延层对应于栅极下方的区域通过离子注入形成P型区；靠近漏极一侧的外延层表面还通过异质外延形成AlGaN层与漏极相接，形成

AlGaN/GaN异质结；所述栅极为结型栅，源极和漏极为欧姆接触。

进一步的，衬底的掺杂浓度根据设计的击穿电压确定，典型值为

1×10¹⁵cm^-3～1×10¹⁷cm^-3。

进一步的，外延层的掺杂浓度根据设计的击穿电压确定，典型值为

1×10¹⁵cm^-3～1×10¹⁷cm^-3。

进一步的，P型区的掺杂浓度根据设计的击穿电压确定，典型值为

1×10¹⁶cm^-3～1×10¹⁸cm^-3。

进一步的，所述AlGaN/GaN异质结的横向尺寸占整个器件长度的比例典型值为1/2～3/4。

进一步的，AlGaN/GaN异质结与P型区的间距为0～3μm。

进一步的，外延层的厚度根据设计的击穿电压确定，典型值为0.2μm～1.5μm；异质外延的AlGaN层的厚度为10～30nm。

进一步的，所述衬底的材料为氮化镓、碳化硅、蓝宝石或硅。