[发明专利]一种提高AlGaN/GaN高电子迁移率场效应器件击穿电压的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种提高AlGaN/GaN HEMT器件击穿电压的方法。

背景技术

自从上个世纪90年代AlGaN/GaN HEMT器件出现以来，这类器件就引起了研究人员的注意。GaN器件具有宽禁带，高击穿场强的特点，同时由于极化效应的存在，在AlGaN和GaN异质结界面存在高密度、高迁移率的二维电子气。这些特性结合在一起，可以使AlGaN/GaN HEMT器件应用在功率器件和高压器件中。GaN的击穿场强很大，每单位距离可以承受很大的电压，但是目前制得的AlGaN/GaN HEMT器件的击穿容易发生在栅极靠近漏极一端的边缘，这是因为电场集中在这里，使这里容易发生雪崩击穿。目前该类器件的击穿电压还远远没有达到器件的理论击穿值，因此该类器件还有很大的开发潜力。所以，提出可以提高AlGaN/GaN HEMT器件击穿电压的方法是非常重要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以提高AlGaN/GaN HEMT器件击穿电压的方法，使该类器件可以更好满足应用需求。

AlGaN/GaN HEMT器件的基本结构是在硅或SiC或蓝宝石衬底上外延生长出GaN缓冲层和沟道层，GaN上生长一层AlGaN层构成异质结。由于GaN和AlGaN这两种半导体禁带宽度差别较大，导致在异质结界面处存在势阱，从而形成高浓度、高迁移率的二维电子气。在AlGaN上形成欧姆接触的源极和漏极，以及肖特基接触的栅极，并用Si₃N₄进行钝化，构成场效应器件。

一般的AlGaN/GaN HEMT器件在截止状态下，沟道耗尽区内的正电荷发出的电力线会集中指向栅极的边缘，并在栅极靠近漏极一端形成电场峰值，这导致器件击穿最容易在这里发生。如果可以调制沟道电场分布，使电场分布更加均匀，那么可以提高器件击穿电压。

本发明提出的提高AlGaN/GaN高电子迁移率场效应器件击穿电压的方法，是在HEMT器件的GaN缓冲层中进行p型掺杂，并在漏极欧姆接触区域进行DDD掺杂，GaN缓冲层内的p型埋层用于调制沟道电场分布，DDD掺杂用于降低器件漏端发生雪崩击穿的概率，这些措施最终提高了器件的击穿电压。

本发明方法可以在栅极靠近漏极的一侧引入负电荷，终止从漏极发出的电力线，使电力线在栅极靠近漏极那一端没有那么集中，降低栅极靠近漏极一端的电场强度，转而在器件体内引入一个电场峰值，提高器件的击穿电压。引入负电荷的方法是在GaN缓冲层内进行p型掺杂，在杂质电离后将在掺杂区域留下负电荷，这些负电荷就可以调制电场分布。p型埋层会调制沟道电场分布，而漏端的电场也具有一个峰值点，所以在加入p型埋层之后，器件中存在三个电场峰值。为了降低HEMT器件漏端发生击穿的概率，所以在器件漏极欧姆接触区域进行DDD掺杂，这样耗尽区扩大，漏端电场降低，因此DDD掺杂可以提高器件穿通和雪崩击穿电压，最终可以提高器件的击穿电压。

附图说明

图1是常规的横向AlGaN/GaN HEMT器件示意图。

图2是在AlGaN/GaN HEMT器件中添加了p型埋层并进行DDD掺杂示意图。

图3是常规的HEMT器件和含有p型埋层的HEMT器件击穿电压对比图（数据来源于仿真结果）。

图4是常规的HEMT器件和采用DDD结构的HEMT器件击穿电压对比图（数据来源于仿真结果）。

图5是常规的HEMT器件和含有p型埋层并采用DDD结构的HEMT器件击穿电压对比图（数据来源于仿真结果）。

图6是本发明流程图示。

具体实施方式

在硅或碳化硅或蓝宝石衬底上生长GaN缓冲层，并在GaN缓冲层内进行p型掺杂，形成p型埋层，埋层的位置和掺杂浓度需要针对不同器件进行不同的优化。在仿真实验中采用的p型埋层掺杂浓度为10¹⁹ cm^-3，处于异质结界面下方30 nm，杂质掺杂区域长200 nm，宽5 nm。p型埋层杂质需要进行激活，使杂质电离并在栅极靠近漏极的一侧形成负电荷，负电荷最终起着调制沟道电场的作用，提高器件的击穿电压。在器件的漏极欧姆接触区域进行DDD掺杂，降低器件在漏端发生击穿的概率。仿真中常规HEMT器件源漏欧姆接触采用的是10²⁰cm^-3的n型重掺杂实现，漏极采用DDD掺杂结构的HEMT器件是先用10²⁰ cm^-3的n型重掺杂实现欧姆接触，再在漏极欧姆掺杂边缘采用10¹⁹ cm^-3的轻掺杂实现DDD结构。附图中的图3是常规的HEMT器件和含有p型埋层的HEMT器件击穿电压对比图，可以看出加入p型埋层的HEMT击穿电压大约提高了10V。图4是常规的HEMT器件和采用DDD结构的HEMT器件击穿电压对比图，采用DDD结构的HEMT击穿电压大约提高了10V。图5是常规的HEMT器件和含有p型埋层并采用DDD结构的HEMT器件击穿电压对比图，可以看出同时采用p型埋层和DDD结构器件击穿电压的提高幅度最大，大约提高了20V。