[发明专利]高击穿电压和低导通电阻的常开HFET器件及其制备方法

说明书

本发明涉及高击穿电压和低导通电阻的常开HFET器件及其制备方法，包括依次层叠的缓冲层和势垒层，间断极化复合结构位于势垒层上，间断极化复合结构包括第一极化复合结构和第二极化复合结构，第一和第二极化复合结构分别由i型GaN帽层和位于其上的p型GaN帽层构成，其中第二极化复合结构中i型GaN帽层的宽度大于p型GaN帽层的宽度；p型GaN帽层上分别设置有基电极，源电极、漏电极和栅电极分别设置于势垒层上；该器件和方法通过间断极化复合结构的设置以及极化结中i型GaN帽层的延伸设置，调制了表面电场和体电场，使得在极化结的基础上大幅提高击穿电压，同时具有小的导通电阻，克服了击穿电压和导通电阻之间的折衷关系。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种高击穿电压和低导通电阻的常开HFET器件及其制备方法。

背景技术

氮化镓(GaN)是一种具有较大禁带宽度的半导体，属于宽禁带半导体之列。氮化镓是微波功率晶体管的优良材料，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好等性质和强的抗辐照能力。近五十年来，固态半导体功率器件被广泛应用在民用和军用领域的各个方面，目前已经从传统的工业控制、消费类电子产品和通信等领域更多地向新能源、轨道交通和智能电网等新兴领域拓展。而面对新科技领域的发展要求，功率器件必须具备能应用高温高压工作环境、低功率损耗和高开关速率等性能特点。氮化镓(GaN)材料以其优异的击穿性能和较高的电子迁移率作为目前功率器件制作的重要候选材料，因其异质结(典型如AlGaN/GaN)中强的极化效应诱导出界面高密度、高迁移率的二维电子气(2DEG)，因此利用该材料特性制作的半导体功率开关器件具备低导通电阻、高开关速率等特点，是未来Si基功率器件的有力竞争者和替代者，特别是在微波射频领域，其技术优势更加突出。

低导通电阻能实现更低的开关损耗，减少发热；而高耐压能力、低关态泄漏电流能保证器件具有更广泛的应用范畴、更高的工作稳定性和可靠性。然而，在器件设计和制作中，击穿电压增大和导通电阻减小技术往往是相互矛盾的，需要选取一种折中的方案才可避免击穿电压过小或者器件导通电阻过大。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的是提供一种高击穿电压和低导通电阻的常开HFET器件及其制备方法，该器件和方法通过间断极化复合结构的设置以及极化结中i型GaN帽层的延伸设置，调制了表面电场和体电场，使得在极化结的基础上大幅提高击穿电压，同时具有小的导通电阻，克服了击穿电压和导通电阻之间的折衷关系。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

高击穿电压和低导通电阻的常开HFET器件，包括：衬底；

缓冲层和势垒层，依次层叠于衬底上；

间断极化复合结构，位于势垒层上，所述间断极化复合结构包括第一极化复合结构和第二极化复合结构，第一极化复合结构和第二极化复合结构之间具有间隙，所述第一极化复合结构具有第一i型GaN帽层和位于其上的第一p型GaN帽层，所述第二极化复合结构具有第二i型GaN帽层和位于其上的第二p型GaN帽层，其中，第二i型GaN帽层的宽度大于第二p型GaN帽层的宽度；

源电极，位于所述势垒层上，延伸至所述势垒层一定深度，靠近所述第一极化复合结构；漏电极，位于所述势垒层上，延伸至所述势垒层一定深度，靠近所述第二极化复合结构；栅电极，位于所述势垒层上，邻接所述第一极化复合结构朝向所述源电极的一侧；

基电极，包含第一基电极和第二基电极，所述第一基电极位于第一p型GaN帽层上，所述第二基电极位于第二p型GaN帽层上。

进一步地，所述第一极化复合结构靠近所述源电极，所述第二i型GaN帽层延伸靠近所述漏电极。

进一步地，所述间断极化复合结构还包括第三极化复合结构，所述第三极化复合结构位于所述第一极化复合结构和所述第二极化复合结构之间，所述第三极化复合结构与第一和第二极化复合结构之间具有间隙；