[实用新型]一种SiC异质结晶体管外延结构及器件

说明书

本实用新型公开了一种SiC异质结晶体管外延结构及器件，所述SiC异质结晶体管外延结构由下至上依次包括C面4H‑SiC衬底、4H‑SiC外延层、N型3C‑SiC外延层；该结构中3C‑SiC与4H‑SiC形成的异质结具有可忽略的热匹配和晶格匹配，3C‑SiC和4H‑SiC在0001面的晶格失配小于0.1％，具有更好的界面结构，其器件具有更好的稳定性和可靠性。

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，具体涉及一种SiC异质结晶体管外延结构及器件。

背景技术

目前全球95％以上的半导体元件，都是以第一代半导体材料硅作为基础功能材料，主要应用在微电子产业。不过，随着电动车、5G等新应用兴起，推动高频、高功率元件需求，基于硅材料的功率半导体的性能已经接近其物理极限，无法满足当今社会中对能源高效转换的要求，要进一步提高电力电子器件的性能则需诉诸于综合性能更优越的第三代半导体。

氮化镓GaN(gallium nitride)作为第三代半导体材料的代表之一，具有临界击穿电场强、耐高温和饱和电子漂移速度大等优点，在电力电子领域有广泛的应用前景。GaN基器件具有击穿电压高、开关频率高、工作结温高和导通电阻低等优点，可以应用在新型高效、大功率的电力电子系统。尤其Al-GaN/GaN形成的异质结能够自发产生高浓度和高电子迁移率二维电子气2DEG，基于异质结的器件可以有效提升品质因子。

传统AlGaN/GaN形成的异质结，利用AlGaN势垒层中的压电极化和自发极化形成2DEG。其中压电极化是由于AlGaN势垒层晶格受GaN缓冲层影响发生形变所产生的。势垒层中Al组分越高，异质结导带带阶越大，自发极化与压电极化效应越强、诱生的2DEG面密度越高。但是随着势垒层中Al组分的提高， AlGaN势垒层与GaN缓冲层之间的晶格失配增加，AlGaN势垒层所受张应力也更大，当势垒层厚度超过临界厚度时便会发生应变弛豫，产生大量失配位错及龟裂，势垒层材料质量严重退化，使得2DEG受到的界面粗糙度散射及缺陷散射的影响增强，2DEG的输运性能也会大大降低。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种SiC异质结晶体管外延结构及器件。该结构中3C-SiC与4H-SiC形成的异质结具有可忽略的热匹配和晶格匹配，3C-SiC和4H-SiC在0001面的晶格失配小于0.1％，具有更好的界面结构，其器件具有更好的稳定性和可靠性。

本实用新型采取的技术方案为：

一种SiC异质结晶体管外延结构，所述SiC异质结晶体管外延结构由下至上依次包括C面4H-SiC衬底、4H-SiC外延层、N型3C-SiC外延层。

进一步地，所述C面4H-SiC衬底和4H-SiC外延层之间还包括P型4H-SiC 缓冲层。

进一步地，所述C面4H-SiC衬底和4H-SiC外延层之间还包括P型4H-SiC 外延层。

进一步地，所述C面4H-SiC衬底和4H-SiC外延层之间还包括P型4H-SiC 缓冲层和P型4H-SiC外延层；所述P型4H-SiC缓冲层位于P型4H-SiC外延层的下面。

进一步地，所述P型4H-SiC缓冲层的厚度为20～200nm；所述P型4H-SiC 缓冲层中Al掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁸cm^-3。P型4H-SiC缓冲层可缓冲衬底与P型4H-SiC掺杂浓度差形成的失配应力，厚度太薄难以有效缓冲失配应力，厚度太厚，降低器件耐压能力；掺杂浓度越低，降低耐压能力，掺杂浓度太高，失配应力变大，难以起到缓冲作用。