[发明专利]一种能提高最大输出功率的GaN HEMT

说明书

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种能提高最大输出功率的GaN HEMT。相比于传统GaN HEMT用单一的AlGaN作为势垒层，本发明插入AlN势垒层，并将其下方的AlGaN采用重掺杂，来和常规AlGaN一起构成GaN HEMT的势垒区域。AlN势垒层的使用可以改变沟道的电场分布，降低沟道峰值电场，进而提高器件耐压。而重掺杂AlGaN的区域可以提高的二维电子气浓度，进而改善器件的输出电流。值得注意的是，考虑到器件性能和可靠性因素，除栅极下方AlGaN重掺杂区域采用重掺杂外，势垒区的其它AlGaN仍采用常规掺杂浓度。同时，相比于传统GaN HEMT结构，本发明引入场板设计，以进一步改善沟道电场，降低电场峰值，提高耐压。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种能提高最大输出功率的GaN HEMT。

背景技术

第三代宽禁带半导体材料GaN因其与Si相比，具有宽禁带、高临界电场强度、高电子饱和速度、高热导率等更为优良的特性，使得基于GaN制作的高迁移率晶体管在开关电源应用方面更具优势。具体表现在两方面，一是高工作频率，GaN器件结构中的二维电子气具有高迁移率和导通时电阻很小，使得开关电源可工作在MHz范围内的同时，实现低功率损耗；二是高功率密度，系统工作频率的增加会使得对应的无源元件如电感、电容的值减小，减小整个模块的体积，进而提高功率密度。这些优势使得GaN HEMT成为无线通信基站、雷达、汽车电子等高频大功率领域应用中最佳的功率开关管选择。但是目前受限于功率GaN器件的结构，商用的GaN HEMT器件大多数工作在中小功率范围，这使得GaN HEMT器件的应用场合受到一定限制，因此有必要对于器件结构进行适当改进，使得GaN HEMT输出更大的功率，得到更为广泛的应用。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提出了一种提高GaN HEMT最大输出功率的新结构。通过提高GaN HEMT器件的饱和输出电流和耐压，来提高GaN HEMT的最大输出功率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种能提高最大输出功率的GaNHEMT，其特征在于，包括从下至上依次层叠设置的SiC衬底1、AlN成核过渡层2、GaN Buffer层3、AlN插入层4、AlGaN势垒层5，在AlGaN势垒层5上表面两端分别具有源极10和漏极11，在AlGaN势垒层5上层中部具有层叠设置的AlGaN重掺杂区域6和AlN势垒层7，其中AlGaN重掺杂区域6位于AlN势垒层7下表面，AlN势垒层7上表面还具有栅极9；在源极10和栅极9、漏极11和栅极9之间的AlGaN势垒层5上表面具有SiN钝化层8，栅极9沿SiN钝化层8上表面向靠近漏极11的方向延伸形成场板结构；所述AlGaN势垒层5、AlGaN重掺杂区域6、AlN势垒层7、AlN插入层4和GaN Buffer层3共同形成二维电子气沟道，通过施加在栅极9及场板结构上的电压来开启或关断二维电子气沟道。

上述方案中，AlGaN势垒层5、AlGaN重掺杂区域6与AlN势垒层7一起构成器件的整个势垒层，由于AlN势垒层7的使用可以改善器件沟道电场分布，降低器件的沟道峰值电场，进而提高器件的耐压。栅极及场板结构构成栅场板设计，通过场板的引入可以进一步改善沟道电场，降低电场峰值，进而进一步提高器件的耐压。

进一步的，所述AlGaN重掺杂区域6与AlN势垒层7的共同厚度等于AlGaN势垒层5的厚度；AlGaN重掺杂区域6采用比常规势垒层更高浓度的重掺杂，以提高该区域的二维电子气浓度，进而提高输出电流，降低由于栅极下方势垒层变薄对输出电流带来的负面影响。

作为优选方式，所述SiC衬底层厚度为200um。

作为优选方式，所述AlN成核层厚度约为100nm。

作为优选方式，所述GaN Buffer层厚度约为3um。

作为优选方式，所述AlN插入层厚度约为2nm。

作为优选方式，所述AlGaN势垒层厚度为40nm。