一种高耐压、增强型MIS结构P-GaN栅的垂直HEMT器件

本技术涉及半导体器件，尤其涉及一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件。

背景技术：

1、gan材料作为第三代半导体器件，具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和速度大等优势；gan hemt器件不仅具备gan材料的优良特性，还因为其结构中具有algan/gan异质结，在交界处会产生极化电场，调制能带和电荷的分布，形成了高迁移率和面密度的二维电子气，使得gan基hemt器件在大功率电路中得到了广泛的应用。

2、常规横向器件由于栅极靠近漏极引起表面电场分布不均匀，漏电比较大、击穿电压比较小；同时由于虚栅效应导致器件产生电流坍塌，使得器件导通电阻明显增大。垂直型gan hemt器件由于其在垂直方向上施加源漏电场，栅极和漏极处于两侧，电场由器件表面引入器件内部，可以很好的克服上述问题。但是常规垂直hemt器件在栅压为零时仍处于导通状态，且缓冲层和电流阻挡层形成的pn结没有充分发挥耐压作用，导致击穿电压不高，极大的限制其应用的场景。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提出一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件，以解决上述背景技术中存在的一个或多个技术问题。

2、为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件，1、包括漏极、源极、p-gan栅、algan势垒层和衬底，所述源极设在所述p-gan栅的两侧，所述衬底设在algan势垒层的下方，所述漏极设在所述衬底的底部，所述p-gan栅与所述源极之间还设有钝化层；所述p-gan栅包括上下依次设置的栅极、栅介质层和p-gan层。

4、优选的，还包括缓冲层和p型埋层，所述缓冲层设在algan势垒层与所述衬底之间，所述p型埋层埋设在所述缓冲层内的两侧。

5、优选的，还包括gan沟道层和电流阻挡层，所述gan沟道层设在所述algan势垒层的底部，所述电流阻挡层设在所述gan沟道层与所述缓冲层之间，所述电流阻挡层中设有上下贯通的电流孔径。

6、优选的，所述p型埋层的长度短于所述电流阻挡层。

7、优选的，所述漏极和所述衬底之间为欧姆接触，所述欧姆接触采用ti/al/ni/au合金、ti/al/mo/a合金或ti/al/ti/tin合金；所述衬底采用si、蓝宝石、sic或gan材料制成。

8、优选的，所述缓冲层采用n型掺杂gan，厚度为7um-14um；所述p型埋层采用p型掺杂gan，所述p型埋层与所述电流阻挡层之间的距离和与所述衬底之间的距离相等，厚度为0.5um～1um，长度为1um～3.5um。

9、优选的，所述电流阻挡层采用p型掺杂gan，长度为1.5um～4um，所述电流孔径采用n型掺杂gan，长度为3um～7um。

10、优选的，所述gan沟道层的厚度为30～50nm，所述algan势垒层的厚度为10～30nm。

11、优选的，所述p-gan层的厚度为50nm～110nm，所述栅介质层的厚度为5nm～10nm，所述栅介质层采用sio2或al2o3材料制成，所述钝化层采用sio2、sinx、hfo2或al2o3材料制成。

12、优选的，所述源极与沟道层之间、所述源极与所述algan势垒层之间为欧姆接触，所述栅极和栅介质层之间为肖特基接触。

13、与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：通过在栅极下方设有栅介质层和p-gan层，栅介质层可以有效地分担栅极施加的电压；p-gan层可以有效提升algan势垒的能带高度，耗尽algan和gan异质结处的二维电子气，此时，为了使得器件开启（沟道中充满一定量的电子），需要施加更大的栅极电压，进而实现了强的增强型；

14、通过在缓冲层设置p型埋层，使得在p型埋层区域形成一个电场高峰，与n型掺杂的缓冲层共同形成纵向pn结，不仅分担电压，还缓解了缓冲层的电场分布。避免了传统垂直器件的电场强度和距离电流阻挡层的距离呈反比，充分发挥了缓冲层耐压的作用，使得器件电场分布更加均匀，避免器件发生提前击穿；

15、通过设置p型埋层的长度短于电流阻挡层，相较于p型埋层长于或者等于电阻阻挡层的结构而言，由于p型埋层会和相近的缓冲层形成pn耗尽区阻碍电流通过，p型埋层越短耗尽区域越小电流可以流过的区域就越大，但是对应击穿电压也会减小。因此可以调节p型埋层长度来让导通电阻和击穿电压实现折衷关系，进而在获得大的击穿电压的同时获得小的导通电阻。

16、由此，本实用新型能够解决现有技术中的不足，引入钝化层可以改善能带分布实现大的阈值电压，p型埋层的引入改善了器件电场分布实现更大击穿电压，满足了实际应用中的需求。

技术特征：

1.一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件，其特征在于，包括漏极、源极、p-gan栅、algan势垒层和衬底，所述源极设在所述p-gan栅的两侧，所述衬底设在algan势垒层的下方，所述漏极设在所述衬底的底部，所述p-gan栅与所述源极之间还设有钝化层；所述p-gan栅包括上下依次设置的栅极、栅介质层和p-gan层。

2.根据权利要求1所述的一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件，其特征在于，还包括缓冲层和p型埋层，所述缓冲层设在algan势垒层与所述衬底之间，所述p型埋层埋设在所述缓冲层内的两侧。

3.根据权利要求2所述的一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件，其特征在于，还包括gan沟道层和电流阻挡层，所述gan沟道层设在所述algan势垒层的底部，所述电流阻挡层设在所述gan沟道层与所述缓冲层之间，所述电流阻挡层中设有上下贯通的电流孔径。

4.根据权利要求3所述的一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件，其特征在于，所述p型埋层的长度短于所述电流阻挡层。

5.根据权利要求1所述的一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件，其特征在于，所述漏极和所述衬底之间为欧姆接触；所述衬底采用si、蓝宝石、sic或gan材料制成。

6.根据权利要求3所述的一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件，其特征在于，所述缓冲层采用n型掺杂gan，厚度为7um-14um；所述p型埋层采用p型掺杂gan，所述p型埋层与所述电流阻挡层之间的距离和与所述衬底之间的距离相等，厚度为0.5um～1um，长度为1um～3.5um。

7.根据权利要求3所述的一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件，其特征在于，所述电流阻挡层采用p型掺杂gan，长度为1.5um～4um，所述电流孔径采用n型掺杂gan，长度为3um～7um。

8.根据权利要求3所述的一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件，其特征在于，所述gan沟道层的厚度为30～50nm，所述algan势垒层的厚度为10～30nm。

9.根据权利要求1所述的一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件，其特征在于，所述p-gan层的厚度为50nm～110nm，所述栅介质层的厚度为5nm～10nm，所述栅介质层采用sio2或al2o3材料制成，所述钝化层采用sio2、sinx、hfo2或al2o3材料制成。

10.根据权利要求1所述的一种高耐压、增强型mis结构p-gan栅的垂直hemt器件，其特征在于，所述源极与沟道层之间、所述源极与所述algan势垒层之间为欧姆接触，所述栅极和栅介质层之间为肖特基接触。

技术总结
本技术公开了一种高耐压、增强型MIS结构P‑GaN栅的垂直HEMT器件，属于半导体器件技术领域，包括漏极、源极、P‑GaN栅、AlGaN势垒层和衬底，所述源极设在所述P‑GaN栅的两侧，所述衬底设在AlGaN势垒层的下方，所述漏极设在所述衬底的底部，所述P‑GaN栅与所述源极之间还设有钝化层；所述P‑GaN栅包括上下依次设置的栅极、栅介质层和P‑GaN层。本技术能够解决现有技术中的不足，引入钝化层可以改善能带分布实现大的阈值电压，P型埋层的引入改善了器件电场分布实现更大击穿电压，满足了实际应用中的需求。

技术研发人员：尹以安,邹炳志,王进懿
受保护的技术使用者：华南师范大学
技术研发日：20230913
技术公布日：2024/5/19