一种具有常关沟道的高压多异质结器件制造技术

本发明专利技术涉及电力电子技术的新型增强机理的异质结器件，特别涉及一种具有常关沟道的高压多异质结器件，本发明专利技术的多异质结型常关沟道器件，主要通过第三半导体层、第四半导体层、第五半导体层、第六半导体层形成多异质结，在栅极下方具有非平面结构，非平面的异质结沟道的极化方向与第三半导体层、第四半导体层、第五半导体层和第六半导体层的材料生长方向有一定角度，实现异质结界面的二维电子气(2DEG)不连续，即源漏之间形成了非常闭型电气连接，最终实现多异质结常关沟道器件。本发明专利技术的有益效果为多异质结常关沟道器件，能在高温高场环境下稳定工作，版图和工艺易于实现，且易于控制常关沟道的阈值电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及半导体技术，特别是多异质结常关沟道实现原理W及实现制备技术。
技术介绍
第S代半导体中的III-V半导体材料具有禁带宽度大、电子饱和速度高、击穿电 场高、导热性能和抗腐蚀性强等特点，如GaN、AlN等，在电子器件方面，III-V族材料比娃更 适合于制作耐高溫、高频、高场和大功率的半导体器件。[000引在制备III-V族异质结结构的电子器件时，由于III-V族异质结结构中存在较强 的二维电子气，如AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管（HEMTs)，大多是都是耗尽型器 件，而对于增强型III-V族异质结的电子器件则不易实现，而在高频器件、功率开关器件和 数字电路中很多情况下需要的是增强型器件，所W对增强型的III-V族异质结。 实现增强型III-V族异质结的高电子迁移率晶体管（HEMTs)的方法主要有：（I)P 型帽层增强型HEMTs; (2)凹势垒层增强型HEMTs; (3)双势垒层增强型HEMTs; (4)绝缘栅 极异质结晶体管；（5)氣离子注入增强型HEMTs等。 阳00引公开号为CN103715086A的中国专利中提出一种增强型AlGaN/GaN单异质结的 器件，该器件利用至少一个的非平面单异质结结构，使得III-V族材料的极化方向与材料 生长晶向有一定角度，进而减弱能产生二维电子气（2DEG)或二维空穴气（2DHG)的电场，进 而实现增强型器件。但由于III-V生长材料生长比较复杂，从衬底中制作凹槽、凸起和台阶 等形式，然后通过外延生长非平面单异质结沟道是比较难实现控制的。在现实工艺中，多异 质结器件比较容易实现，且灵活多变。
技术实现思路
正如
技术介绍
中所述，通过在衬底中制作凹槽、凸起和台阶等形式，然后通过外延 生长的方式，把衬底的形状转移到沟道层，使得沟道层的栅极区域形成非平面结构，利用非 平面结构的非极性面、半极性面等形式实现二维电子气的中断，从而实现增强型器件。但是 从现在的工艺技术，把衬底的形状通过几层的沉积生长转移到沟道层的工艺是非常复杂难 控制的，并且非平面的单异质结的非极性面或半极性面方式比较难实现。 因此，本专利技术公开了一种增强型器件，该增强型器件实现夹断二维电子气或二维 空穴气的原理是根据III-V族半导体是一种极性半导体的特性。如纤锋矿结构III-V族化 合物中，在晶向或阳00却的AlGaN/GaN异质结，即使不渗杂，在所述异质结的GaN面 上也会产生很高的二维电子气（2DEG)。如图1所示，压电极化〇i,,, =Ci,,,k,m,Ek,m,，其 中Cl.kiml为弹性刚度系数，ek.ml为应变系数，在形成异质结时，压电极化OIi，|可W通过 Ci,j,k,ni,、ek,BI,在晶向上的取值求得，如图1曰所不，当取（10-11)-平面、曰-平面和r-平面 的晶向时，可W得到不同的压电极化电场，在多异质结结构，压电极化电场对异质结界面处 的二维电子气（2DEG)具有调节作用，压电电场强，二维电子气比较容易积聚，压电电场弱， 积聚二维电子气的能力减弱；如图化所示，在AlGaN和GaN内沿着和晶向 的自发极化电场是最强的，而当AlGaN势垒层比较薄时，AlGaN/GaN异质结界面的二维电子 气主要是自发极化电场引起的，所W在晶向和上的异质结产生的二维电子气 (2DEG)是最强的，而沿着晶向与晶向和阳脚:巧有一定角度的AlGaN/GaN异质结时， 如图化的（10-11)-平面、a-平面和r-平面，自发极化电场会减弱，甚者当沿着晶向与晶 向和垂直时的异质结时，没有自发极化电场；本专利技术通过相异于C-平面的生 长平面形成多异质结，通过调节非平面多异质结的材料生长晶向调节异质结界面处的压电 极化电场和自发极化电场，使得界面处量子阱的导带在费米能级W上，从而在非平面多异 质结沟道界面处难W形成二维电子气。 为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种具有常关沟道的高压多异 质结器件，包括从下往上依次设置的第一半导体衬底层201、第二半导体缓冲层202、第= 半导体层203、第四半导体层204和第五半导体层205 ;所述第四半导体层204的两端上表 面分别设置有第一欧姆接触101和第二欧姆接触103 ;所述第五半导体层205上具有金属 电极102 ;所述第S半导体层203与第四半导体层204在接触界面形成第一异质结，所述的 第四半导体层204与第五半导体层205在接触界面形成第二异质结；其特征在于，所述金属 电极102下方具有使其正下方二维电子气沟道中断的非平面异质结。 进一步的，如图2所示，所述非平面异质结为由第五半导体层205下凹穿过第四半 导体层204与第=半导体层203的上表面连接形成；所述第五半导体层205与金属电极102 之间形成凹槽，所述金属电极102填充在凹槽中；所述第五半导体层205与金属电极102之 间具有第六半导体层206。 更进一步的，所述第六半导体层206的两端分别与第一欧姆接触101和第二欧姆 接触103连接；所述第六半导体层206与金属电极102之间还具有第屯半导体层207 ;所述 第屯半导体层207的两端分别与第一欧姆接触101和第二欧姆接触103连接。 再进一步的，所述第一半导体衬底层201为蓝宝石、娃和碳化娃中的一种；所述的 第二类半导体202为SiC、AlN、GaN、AlGaN中的一种；所述第S半导体层203、第四半导体层 204、第五半导体层205、第六半导体层206和第屯半导体层207均为III-V族化合物；所述 第一欧姆接触101和第二欧姆接触103的电极材料为金、银、侣、铁、销和铜中的一种或多种 组合；所述的金属电极102的材料为铁、金、儀、销、错、鹤、银、侣、铁、钢和铜中的一种或多 种组合。 一种具有常关沟道的高压多异质结器件，包括从下往上依次设置的第一半导体衬 底层201、第二半导体缓冲层202、第S半导体层203和第四半导体层204 ;所述第S半导体 层203的两端上表面分别设置有第一欧姆接触101和第二欧姆接触103 ;所述第四半导体 层204上具有金属电极102 ;所述第=半导体层203与第四半导体层204在接触界面形成 第一异质结；其特征在于，所述金属电极102下方具有使其正下方二维电子气沟道中断的 非平面异质结。 进一步的，所述第四类半导体层204由弯折面和水平面构成；所述第四半导体层 204的弯折面处形成非平面异质结；所述第四半导体层204的弯折面位于金属电极102正 下方。 进一步的，所述第四半导体层204的弯折面为向上弯折，所述第四半导体层204的 弯折面处的下表面与第=半导体层203上表面之间的横截面形状为梯形，该梯形的下底边 宽度大于上底边宽度，所述第=半导体层203填充在梯形中并与第四半导体层204的弯折 面的下表面连接；所述第四半导体层204与金属电极102之间还具有第五半导体层205,所 述第五半导体层205完全覆盖在第四半导体层204的上表面；所述金属电极102覆盖在第 五半导体层205的弯折面部分的上表面。 进一步的，所述第四半导体层204的弯折面为向上弯折，所述第四半导体层204的 弯折面处的下表面与第=半导体层203上表面之间的横截面形状为梯形，该梯形的下底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有常关沟道的高压多异质结器件，包括从下往上依次设置的第一半导体衬底层(201)、第二半导体缓冲层(202)、第三半导体层(203)、第四半导体层(204)和第五半导体层(205)；所述第四半导体层(204)的两端上表面分别设置有第一欧姆接触(101)和第二欧姆接触(103)；所述第五半导体层(205)上具有金属电极(102)；所述第三半导体层(203)与第四半导体层(204)在接触界面形成第一异质结，所述的第四半导体层(204)与第五半导体层(205)在接触界面形成第二异质结；其特征在于，所述金属电极(102)下方具有使其正下方二维电子气沟道中断的非平面异质结。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪志刚，陈协助，孙江，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51