[发明专利]一种凹槽双场板AlGaN/GaN HEMT器件

说明书

一种凹槽双场板AlGaN/GaN HEMT器件，包括自下而上依次设置的衬底、缓冲层、势垒层和钝化层，源极、漏极、栅极延伸至势垒层，栅极位于源极和漏极之间；势垒层上且位于栅极和漏极之间设置有凹槽双场板；缓冲层由厚度为2μm的GaN组成，摻杂浓度为1×10¹⁵cm^‑3；势垒层由厚度为20nm的AlGaN组成，摻杂浓度为1×10¹⁷cm^‑3；钝化层由厚度为50nm的Si₃N₄组成。栅极、源极及漏极的长度均为0.5μm；凹槽双场板结构长度L_fp1为0.3μm、L_fp2为0.7μm、场板下钝化层厚度H+H_fp1为10nm、H_fp2为20nm，该凹槽由Si₃N₄材料填充，本发明使得电场峰值减小，电流崩塌得以改善，同时器件最终输出饱和漏电流不会大幅降低。

技术领域

本发明属于高电子迁移率晶体管技术领域，具体涉及一种凹槽双场板 AlGaN/GaNHEMT器件。

背景技术

GaN材料由于宽禁带、强击穿电场、高电子饱和漂移速度等优越性能，成为高频、高温和高功率等领域的研究热点。目前，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(High ElectronMobility Transistors，HEMT)是GaN基器件中最具优势的三端器件，凭借其优异性能广泛应用于无线通信、航空航天、雷达等领域。并且随着GaN外延工艺水平的不断进步，生产成本得到了有效控制， GaN基器件成为高功率、高频率器件的“核芯”。然而，AlGaN/GaN HEMT 器件(Aluminum Gallium Nitride/Gallium Nitride)的潜在优势却受到一些稳定性和可靠性等问题的制约，导致器件性能难以达到理论值。其中问题的关键是电流崩塌效应，其不仅限制了器件的输出功率，还直接制约了器件的应用。

电流崩塌本质上是由材料中的陷阱导致的，虚栅模型对于其物理机制给出了普遍认同的解释。概括为陷阱俘获电子，使沟道2DEG减小，从而形成对沟道电流具有控制作用的“虚栅”，表面态、AlGaN势垒层陷阱及GaN 缓冲层陷阱等均可起到虚栅的作用。器件表面生长钝化层可有效改变表面态能级，降低表面态对器件沟道电子密度的影响，达到抑制电流崩塌的目的。 AlGaN势垒层厚度远小于GaN缓冲层，且在异质结界面处AlGaN势垒高度高于GaN，沟道2DEG进入AlGaN势垒层的浓度较小。相比GaN缓冲层陷阱，AlGaN势垒层陷阱对电流崩塌影响较小。对于GaN缓冲层陷阱引起的电流崩塌效应，难以从工艺上得到有效解决。因为在实际工艺中，需要对缓冲层进行人为掺杂来实现缓冲层的高阻特性，防止缓冲层漏电现象。因此，进一步研究缓冲层陷阱对电流崩塌的影响，提出新结构器件抑制电流崩塌是一个亟待解决的问题。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种凹槽双场板 AlGaN/GaNHEMT器件，解决常规AlGaN/GaN HEMT器件由于陷阱效应导致的电流崩塌问题，具有降低电场峰值，均匀电场分布，改善电流崩塌的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种凹槽双场板 AlGaN/GaN HEMT器件，包括有自底向上依次设置的衬底1、缓冲层2、势垒层3和钝化层4；该器件的源极S、漏极D、栅极G延伸至势垒层，栅极 G位于源极S和漏极D之间；势垒层上且位于栅极G和漏极D之间设置有凹槽双场板。

所述的凹槽双场板结构8中，左侧场板长度L_fp1为0.3μm、右侧场板长度L_fp2为0.7μm，左侧场板下钝化层厚度H+H_fp1为10nm、右侧场板下钝化层H_fp2为20nm，凹槽双场板下凹槽由Si₃N₄材料填充。

所述的缓冲层2由厚度为2μm的GaN组成，摻杂浓度为1×10¹⁵cm^-3。