[实用新型]基于III族氮化物材料含多层背势垒的器件结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体器件领域。

背景技术

GaN半导体材料具有更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场和电子饱和漂移速度等优异的性能，受到研究者们的广泛关注。虽然GaN材料的临界击穿电场远高于其他半导体材料，但是由于GaN器件局域曲率效应，器件内部存在一个峰值电场，使得器件提前击穿。因此如何降低峰值电场、缓解局域曲率效应、提高器件击穿电压始终是国内外研究热点之一。

场板技术是提高器件耐压最为简单有效的方法。Mishra小组报道了国际上首个高压电力开关器件AlGaN/GaN HEMT就带有场板；紧接Mishra小组又报道了带三层场板的器件（Mishra, U. K.. Status of AlGaN/GaN HEMT technology-A UCSB perspective. InGallium Arsenide and Other Semiconductor Application Symposium, EGAAS 2005, European, pp. 21-27），击穿电压达到900V，代表着当时的最高水平；东芝公司的Wataru Saito研究小组于2008年用源、栅双场板结构制备出了击穿电压达940V、峰值电流4.4A，特征通态电阻仅3.6 mW*cm²(约为Si器件的1/44) 的器件。场板技术虽然提高了器件耐压，但是其致命缺点是增大电容，使得频率特性变差。

背势垒结构可以有效的增加二维电子气（2DEG）的沟道限域性，从而降低漏电提高击穿电压。Micovic等人在AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管（HEMT）中引入Al_0.04GaN背势垒，利用背势垒结构将沟道处GaN的势垒提高了1-2eV，提高了2DEG的沟道限域性，提高了器件的击穿电压，从而提高了AlGaN/GaN HEMT的功率密度，在10GHz频率下，漏压的工作电压高达40V，输出功率密度到达10.5W/mm。

单层背势垒结构提高击穿电压的效果是有限的，首先背势垒的组份不易太高，否则会引入高浓度的二维空穴气（2DHG），增加缓冲层漏电，击穿电压反而下降；但是低的背势垒组份增加沟道限域性的作用很有限。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于III族氮化物材料含多层背势垒的器件结构，该结构使得基于III族氮化物材料的器件在保持高频率特性和大饱和电流的基础上，提高器件的击穿电压，缓解其频率、饱和电流和击穿电压的矛盾关系，克服了单层背势垒的缺点，在不引入高浓度的2DHG的前提下，有效的增加器件耐压。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于III族氮化物材料含多层背势垒的器件结构，自下而上包括衬底层、背势垒结构层和沟道层；所述背势垒结构层由两层及以上不同Al组份的Al_xGaN（0＜x＜1）背势垒组成。

所述背势垒结构层中的Al组份沿沟道层到衬底层方向递增，但同一背势垒中Al组份不变。

所述背势垒结构层的Al组份从沟道层到衬底层为线性增加或者非线性增加。

所述背势垒结构层中各背势垒的厚度相等。

采用上述技术方案取得的技术进步为：

1）由多层背势垒组成的背势垒结构层降低了沟道电场峰值，有效的调节了沟道电场，提高了器件的击穿电压；相较于场板技术，多层背势垒结构不增加栅电容，对器件的频率特性影响较小；

2）相较于单层背势垒结构，多层背势垒结构在不引入高浓度的2DHG的前提下，用多层低组份背势垒共同调节沟道电场，从而在保持高的器件饱和电流基础上，有效的增加器件耐压。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2的结构示意图；

图3为本实用新型实施例3的结构示意图；

图4为本实用新型实施例4的结构示意图；

其中，1、衬底层，2、第一背势垒，3、第二背势垒，4、沟道层，5、势垒层，6、源金属，7、栅金属，8、漏金属，9、阴极金属，10、阳极金属，11、栅介质，12、第三背势垒。

具体实施方式

实施例1