[发明专利]基于横向肖特基源隧穿结的全垂直场效应晶体管及方法

说明书

本发明公开了一种基于横向肖特基源隧穿结的全垂直场效应晶体管及方法，包括：衬底层(1)、n+缓冲层(2)、n‑漂移层(3)、栅介质层(4)、漏极(5)、栅极(6)、两个源极(7)、两个金属加厚层(8)。本发明中的器件本身为增强型，提高了器件对于噪声的抑制以及电路的安全性，同时增强型器件与现有的栅极驱动电路具有良好的兼容性。本发明可以成功避免宽禁带半导体材料存在的P型掺杂剂激活率低以及P型材料层欧姆接触实现困难等问题。本发明利用栅电压控制肖特基源极隧穿电流的大小，可以实现高电流密度。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种基于横向肖特基源隧穿结的全垂直场效应晶体管及方法。

背景技术

随着人类可利用的环境资源日益减少，对应用于电力电子设备的电能转换和高压大电流密度下的高功率半导体器件性能要求越来越高，研发出新型优良性能、高转换效率的功率器件是解决能源和环境冲突的有效方案之一。对于高功率半导体器件，其功率品质因数主要取决于器件的击穿电压和特定导通电阻，但是两者往往需要综合考虑进行优化设计才能有效提升功率器件的性能。随着半导体功率器件领域的不断发展，应用于功率器件的材料从第一代的Si材料到第二代的GaAs材料，都使得功率器件的性能发生了根本性质的变化。

但是到目前为止，传统两代材料制作的半导体功率器件性能已经接近了由材料性质决定的理论极限。以GaN为代表的第三代半导体宽禁带材料具有高频、高功率、抗辐射、高饱和电子迁移率等特性，在电力电子方面具有优良的潜力。目前GaN器件主要分为横向器件和垂直器件，以高电子迁移率晶体管HEMTs(high-elec-tron mobility transistor)为代表的横向器件在射频领域具有极大的优势，而垂直器件则更适合电力电子领域。相比于横向器件，垂直器件只需增加器件漂移区的厚度而不需要牺牲芯片的横向尺寸便可以提升器件的击穿特性，因此具有更高的功率密度。除此之外，垂直器件的导电沟道较宽，电流密度较大，而且垂直器件的导电沟道位于器件的内部，不易受到表面态的影响，动态特性好。上述的优点使得垂直器件在电力电子领域具有得天独厚的优势。目前GaN垂直器件主要包括CAVET(电流孔径垂直电子晶体管)、trench MOSFET(沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管)、Fin(鳍)三种结构。

对于CAVET结构，器件本身为耗尽型器件，且器件的制造工艺复杂，高压偏置下漏电大，可靠性差；trench MOSFET虽然可以很容易实现增强型，但是器件的工艺复杂，尤其是P型GaN的欧姆接触实现困难，此外，由刻蚀工艺造成的材料损伤也会导致沟道电子迁移率的退化，影响器件的导通电阻；Fin结构虽然也可以实现增强型，但Fin结构的导电通道窄，电流密度很小，无法满足大功率的应用需求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于横向肖特基源隧穿结的全垂直场效应晶体管及制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于横向肖特基源隧穿结的全垂直场效应晶体管，包括：

衬底层；

n+缓冲层，所述n+缓冲层设置于所述衬底层上；

n-漂移层，所述n-漂移层设置于所述n+缓冲层上，且在所述n-漂移层两端设置有两个两级台阶，所述两级台阶包括第一级台阶和第二级台阶，所述第一级台阶位于所述第二级台阶的下方，且所述第二级台阶靠近所述n-漂移层的中心；

两个源极，两个所述源极分别设置于所述n-漂移层两端的所述第二级台阶上，且所述源极的上表面与所述n-漂移层的上表面平齐；

栅介质层，所述栅介质层设置于所述n-漂移层和两个所述源极上；

栅极，所述栅极设置于所述栅介质层上；