[发明专利]一种提高耗尽型氮化镓HEMT功率器件击穿电压的结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种提高耗尽型氮化镓HEMT功率器件击穿电压的结构及其制备方法，结构包括衬底，所述衬底上设有外延层，所述外延层包括由下至上设置的成核层、第一材料层、沟道层以及势垒层；所述外延层上方设有源极和漏极，所述源极和漏极之间设有栅极。本发明在形成源极、漏极、栅极后，通过在栅极、漏极之间引入离子掺杂区域，改变沟道中部分区域的二维电子气浓度，在栅极一侧改变电场分布，该峰值电场显著低于无离子掺杂区域的器件，栅、漏极间的电场均匀性得到加强，电场分布得到有效改善，避免栅边缘电场峰值引起器件的提前击穿，器件可以承受更高的漏极电压。最终器件的击穿电压得到提升，且器件的频率特性不会降低。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，尤其是涉及一种提高耗尽型氮化镓HEMT功率器件击穿电压的结构及其制备方法。

背景技术

GaN作为第三代宽禁带化合物半导体材料,具有禁带宽度大、击穿电压高、电子漂移速度快和抗辐射能力强等特点，AlGaN/GaN结构的HEMT器件具有耐高温、耐高压、良好的高频大功率等特性。AlGaN/GaN异质结具有较强的极化效应,即使在未掺杂时，器件也可获得高达1×10¹³cm^-2面密度的二维电子气。近年来，在现有AlGaN/GaN异质结构的基础上，如何进一步优化GaN HEMT器件结构和提升器件击穿电压成为研究的热点。

造成器件击穿的因素有多方面：

1、栅极边缘电场强度过高：当在AlGaN/GaN HEMT器件漏极施加较高电压时，沟道中的耗尽区会逐渐移动至漏极一侧。势垒层的极化正电荷引起的电场分布会集中指向栅极边缘，在边缘位置形成峰值电场。当电场强度超出器件的耐压能力时，器件容易发生击穿现象。

2、栅极泄漏电流：器件的表面的缺陷、沾污、悬挂键等容易形成表面态，其表面漂移点到现象造成栅极的泄漏电流。当栅极电压过高时，电子通过栅极峰值电场的边缘隧穿到栅源之间的表面态中，造成器件击穿。

为解决以上问题，通常在器件中设计场板，利用场板技术将峰值电场平坦化的分布于栅漏之间，以提高器件的击穿电压。但场板的引入会带来额外的电容，降低器件的频率特性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种提高耗尽型氮化镓HEMT功率器件击穿电压的结构及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种提高耗尽型氮化镓HEMT功率器件击穿电压的结构，包括衬底，所述衬底上设有外延层，所述外延层包括由下至上设置的成核层、第一材料层、沟道层以及势垒层；所述势垒层上方设有源极和漏极，所述源极和漏极之间设有栅极，所述源极、漏极以及栅极上均覆盖有侧墙；其中，

所述沟道层内具有二维电子气，所述势垒层内具有离子掺杂区域，且所述离子掺杂区域位于栅极与漏极之间，靠近栅极一侧。

进一步的，所述势垒层包括第二材料层。

进一步的，所述势垒层还包括第三材料层，所述第三材料层位于沟道层与第二材料层之间，所述第三材料层的禁带宽度大于第二材料层。

进一步的，所述势垒层还包括第四材料层，所述第四材料层位于第二材料层上方。

进一步的，所述离子掺杂区域的宽度为栅极与漏极间距的1％～90％，高度为所述势垒层的厚度。

一种提高耗尽型氮化镓HEMT功率器件击穿电压的结构的制备方法，包括以下步骤：

提供衬底，在衬底上形成外延层，所述外延层包括由下至上堆叠而成的成核层、第一材料层、沟道层以及势垒层，并在外延层表面采用光刻和蒸发工艺形成源极和漏极；

在外延层上生长第一钝化介质层；

在源极和漏极之间选择形成栅极的生长位置，去除所述生长位置的钝化介质；