[发明专利]一种抑制电流崩塌的HEMT器件及其生产方法

说明书

本发明涉及半导体及半导体制造技术领域，具体来说是一种抑制电流崩塌的HEMT器件及其生产方法，包括衬底，所述衬底上设有成核层；所述成核层上设有缓冲层；所述缓冲层上设有沟道层；所述沟道层上设有势垒层；所述势垒层上具有源极、栅极以及漏极；所述栅极与势垒层之间设有P‑GaN层；所述源极与势垒层之间设有存储层；所述源极与栅极以及栅极与漏极之间均设有钝化层；本发明公开了一种抑制电流崩塌的HEMT器件，本发明通过存储层设置，器件关断时，源极下方pGaN电荷存储层中的净负电荷有效加速2DEG的耗尽，减小关断时间，降低器件关断损耗；器件开启时，存储层中净负电荷减少，有助于2DEG恢复，减小开启时间，降低开启损耗。

技术领域

本发明涉及半导体及半导体制造技术领域，具体来说是一种抑制电流崩塌的HEMT器件及其生产方法。

背景技术

在宽禁带化合物半导体电子器件中,基于GaN材料的HEMT是应用于高频大功率场合的主要器件之一,是目前研究的热点。

GaN材料具有禁带宽、临界击穿电场高、电子饱和速度高、热导率高、抗辐照能力强等优势，故GaN基HEMT器件具有高电子迁移率、高临界击穿电场强度、高电子饱和速度等优良特性。

而且氮化物材料具有很强的自发和压电极化效应，可显著提高HEMT材料结构中二维电子气(2DEG)的密度和迁移率,赋予GaN HEMT非常强大的电流处理能力，成为了高频率和大功率开关应用的优良解决方案。

随着技术的不断发展，尽管GaN基HEMT的性能正不断取得突破,该器件的规模化应用仍受到电学可靠性问题的限制。尤其不可回避的是电应力退化问题。GaN基HEMT的主要优势在于其拥有高频高功率,故电流崩塌效应的存在已经严重阻碍了GaN HEMT的应用。

常规GaN HEMT中沟道2DEG在栅极下靠近漏极一侧电场峰值的作用下获得能量,跃迁出沟道势阱进入缓冲层，被缓冲层陷阱俘获且不能及时释放,电流崩塌效应显著。

尽管GaN基功率HEMT器件本身就具有较低功耗，但其开关损耗仍然需要被降低以满足更高效率的应用的需求。特别是在高频工作环境中，器件的开关损耗在总体功耗中仍然占有较大的比重。

GaN HEMT器件工作于高频、大信号条件下，器件的输出电流会明显降低，从而引发了输出功率减小,即所谓的电流崩塌效应。

产生电流崩塌效应的原因主要有两个:①表面陷阱引起的“虛栅”效应；②缓冲层陷阱俘获沟道热电子。

相比于GaN缓冲层陷阱,表面陷阱的影响可通过工艺进行改善，在器件表面生长钝化层以改变表面态能级,降低表面陷阱对GaN HEMT沟道电子浓度的影响，从而抑制电流崩塌。

而对于缓冲层陷阱对电流崩塌的影响却难以从工艺上得到有效解决。

所以为了避免上述问题，就需要对现有HEMT器件进行优化设计，同时对生产工艺进行优化设计。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够抑制电流崩塌的HEMT器件。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种抑制电流崩塌的HEMT器件，包括衬底，所述衬底上设有成核层；所述成核层上设有缓冲层；所述缓冲层上设有沟道层；所述沟道层上设有势垒层；所述势垒层上具有源极、栅极以及漏极；所述栅极与势垒层之间设有P-GaN层；所述源极与势垒层之间设有存储层；所述源极与栅极以及栅极与漏极之间均设有钝化层。

所述势垒层上设有凹槽组；所述凹槽组布置势垒层靠近漏极一端；所述凹槽组布置在栅极与漏极之间区域的下方；所述凹槽组包括多个设置势垒层上的凹槽体；所述钝化层延伸至各个凹槽体内。

多个所述凹槽体呈间隔分布。

相邻凹槽体等距分布。