一种增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，包括：Si基衬底，在Si基衬底上形成有AlN成核层，在AlN成核层上形成有本征GaN层，在本征GaN层上形成有AlGaN掺杂层；在所述AlGaN掺杂层中形成有栅氧化层，在栅氧化层的上表面形成有栅极；在AlGaN掺杂层的上表面栅极的一侧形成有源极，在AlGaN掺杂层的上表面栅极的另一侧形成有漏极，且源极和漏极通过钝化层和栅极相隔离，其特征在于，在AlGaN掺杂层的内部设有二阶阶梯形绝缘层，所述二阶阶梯形绝缘层位于栅极与漏极之间，并且，所述二阶阶梯形绝缘层的高侧端面与栅氧化层相抵，二阶阶梯形绝缘层的各级阶梯的长度逐阶增大。这种结构的优点在于保持器件频率特性和阈值电压基本不变的前提下，显著提高器件的击穿电压。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及一种宽禁带材料功率半导体器件，特别是涉及一种应用于电力开关领域的高压增强型高电子迀移率晶体管。
技术介绍
GaN材料具有良好的电学特性，如宽的禁带宽度、高击穿电场、高热导率、耐腐蚀等，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料，是制作高频、高压、高温、大功率电子器件和短波长、大功率光电子器件的理想材料。AIGaN/GaN高电子迀移率晶体管由于压电极化和自发极化效应，在AIGaN/GaN界面的GaN层中出现了浓度很高的二维电子气(2DEG)，因此AIGaN/GaN高电子迀移率晶体管具有击穿电压高、电子漂移速度快和抗辐射能力强等优势，使其在高频高温大功率领域具有十分广泛的应用前景。沟道处2DEG高的迀移率使得它具有超高功率密度和低功耗特性。在此之前，对于AIGaN/GaN高电子迀移率晶体管的研究一直集中在微波器件领域，耐压多在200V以下。近几年随着大尺寸Si基制作GaN器件成为可能之后，AIGaN/GaN高电子迀移率晶体管在中高压功率器件领域的研究又成为了一个热点。AIGaN/GaN高电子迀移率器件作为横向器件，在截止状态下，沟道耗尽区内的正电荷发出的电力线集中指向栅极边缘，在栅极靠近漏端一侧形成电场峰值是制约器件击穿电压提高的主要原因之一。过大的峰值电场使器件电场峰值分布不均，器件容易在较低源漏电压下被击穿，无法充分发挥GaN材料的高耐压优势。为了提高AIGaN/GaN高电子迀移率器件的击穿电压，最常采用的方法是引入场板结构，如栅场板、源场板等，场板的采用可以在场板的边缘引入另一个电场峰值，使得栅漏之间的电场得到重新分布，降低了近漏端栅极边缘的电场峰值，大大提高了击穿电压。然而，场板的加入会增加器件寄生电容的大小，使得器件的高频特性受抑制。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种增强型AIGaN/GaN高电子迀移率晶体管，该器件结构保持阈值电压和频率特性基本不变的基础上，能够有效提高击穿电压。本专利技术采用如下技术方案:一种增强型AIGaN/GaN高电子迀移率晶体管，包括:Si基衬底，在Si基衬底上形成有AlN成核层，在AlN成核层上形成有本征GaN层，在本征GaN层上形成有AlGaN掺杂层，在AlGaN掺杂层中形成有栅氧化层，所述栅氧化层贯穿AlGaN掺杂层且始于AlGaN掺杂层的下表面并止于AlGaN掺杂层的上表面，在栅氧化层的上表面形成有栅极，在AlGaN掺杂层的上表面栅极的一侧形成有源极，在AlGaN掺杂层的上表面栅极的另一侧形成有漏极，且源极和漏极通过钝化层和栅极相隔离，其特征在于，其特征在于，在AlGaN掺杂层的内部设有二阶阶梯形绝缘层，所述二阶阶梯形绝缘层位于所述栅氧化层与漏极之间，并且，二阶阶梯形绝缘层的底面裸露于AlGaN掺杂层的上表面，所述二阶阶梯形绝缘层的高侧端面与栅极氧化层相抵，二阶阶梯形绝缘层的各级阶梯的长度逐阶增大。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点:(I)、本专利技术器件采用二阶阶梯形绝缘层结构10，可以通过改变栅漏之间二维电子气的浓度来调整栅漏之间的电场分布，从而使得击穿电压提高。AIGaN/GaN高电子迀移率晶体管由于强烈的极化效应，会在AIGaN/GaN界面靠近GaN—侧形成高浓度的二维电子气。实验发现，减小AlGaN势皇层的厚度，可以使得极化效应减弱，二维电子气的浓度降低。因此本专利技术通过刻蚀AlGaN，在栅氧化层靠近漏端的一侧形成二阶阶梯形绝缘层结构，使得其下方对应的AlGaN势皇层厚度减薄，从而降低该区域的二维电子气的浓度，栅漏之间形成类似MOSFET中的LDD(Lightly Doped Drain)结构，沟道中二维电子气浓度呈梯度分布，最终栅漏之间电场分布得到调整，击穿电压得到提高。图4为本专利技术器件的二维电子气浓度分布图，可以发现二维电子气浓度沿着栅漏方向是阶梯式递增的。图5为本专利技术器件与常规器件的击穿电压对比曲线图，可以发现本专利技术器件与常规器件相比，击穿电压得到了提高。(2)、本专利技术器件的好处在于二阶阶梯形绝缘层10的存在还在一定程度上减小了栅极漏电流。二阶阶梯形绝缘层10的引入，加厚了栅极近漏端峰值电场处的绝缘层，使得栅极漏电流得到了减小。(3)、本专利技术器件的好处在于提高了器件的击穿电压，减小了栅极漏电流的基础上，阈值电压基本保持不变。图6为本专利技术器件与常规器件的阈值电压对比图，可以发现本专利技术器件与常规器件相比，器件的阈值电压基本保持不变。(4)、本专利技术器件的好处在于提高了器件的击穿电压，减小了栅极漏电流的基础上，器件的频率特性基本保持不变。二阶阶梯形绝缘层结构和传统的场板结构相比，前者通过在器件内部做结构调整，改变器件内部的电场分布，并没有引入额外的寄生电容，因此寄生电容基本保持不变，进而保证了器件的频率特性基本保持不变。【附图说明】图1是常规的增强型AIGaN/GaN高电子迀移率晶体管的结构剖面图。图2是本专利技术的增强型AIGaN/GaN高电子迀移率晶体管的结构剖面图。图3是本专利技术的增强型AIGaN/GaN高电子迀移率晶体管去钝化层后的结构俯视图图4是本专利技术器件与常规器件的二维电子气浓度分布比较图。可以看出本专利技术器件使得栅漏间二维电子气沿着栅漏方向呈阶梯式增长。图5是本专利技术器件与常规器件的击穿电压比较图。可以看出本专利技术器件使得击穿电压得到了明显的提高。图6是本专利技术器件与常规器件的阈值电压比较图。可以看出本专利技术器件与常规器件相比，阈值电压基本保持不变。【具体实施方式】下面结合图2和图3详细说明，一种增强型AIGaN/GaN高电子迀移率晶体管，包括:Si基衬底1，在Si基衬底I上形成有AlN成核层2，在AlN成核层2上形成有本征GaN层3，在本征GaN层3上形成有AlGaN掺杂层4，在AlGaN掺杂层4中形成有栅氧化层5，所述栅氧化层5贯穿AlGaN掺杂层4且始于AlGaN掺杂层4的下表面并止于AlGaN掺杂层4的上表面，在栅氧化层5的上表面形成有栅极6，在AlGaN掺杂层4的上表面栅极6的一侧形成有源极7，在AlGaN掺杂层4的上表面栅极6的另一侧形成有漏极8，在栅极6、源极7和漏极8上形成有钝化层9，且源极7和漏极8通过钝化层9和栅极6相隔离，其特征在于，其特征在于，在AlGaN掺杂层4的内部设有二阶阶梯形绝缘层10，所述二阶阶梯形绝缘层10位于所述栅氧化层5与漏极8之间，并且，二阶阶梯形绝缘层10的底面裸露于AlGaN掺杂层4的上表面，所述二阶阶梯形绝缘层10的高侧端面与栅极氧化层5相抵，二阶阶梯形绝缘层的各级阶梯的长度逐阶增大。所述二阶阶梯形绝缘层10，第一阶绝缘层的下表面距离本征GaN层3的距离为15?20nm。所述二阶阶梯形绝缘层10，第一级阶梯与第二级阶梯的厚度比例为I?1.5:1，第二级阶梯与第一级阶梯的长度比例为2?3:1。【主权项】1.一种增强型AlGaN/GaN高电子迀移率晶体管，包括:Si基衬底(I)，在Si基衬底(I)上形成有AlN成核层(2)，在AlN成核层(2)上形成有本征GaN层(3)，在本征GaN层(3)上形成有AlGaN掺杂层(4)，在AlGaN掺杂层(4)中形成有栅氧化层(5)，所述栅氧化层(5)贯穿AlGaN惨杂层⑷且始于Al本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，包括：Si基衬底(1)，在Si基衬底(1)上形成有AlN成核层(2)，在AlN成核层(2)上形成有本征GaN层(3)，在本征GaN层(3)上形成有AlGaN掺杂层(4)，在AlGaN掺杂层(4)中形成有栅氧化层(5)，所述栅氧化层(5)贯穿AlGaN掺杂层(4)且始于AlGaN掺杂层(4)的下表面并止于AlGaN掺杂层(4)的上表面，在栅氧化层(5)的上表面形成有栅极(6)，在AlGaN掺杂层(4)的上表面栅极(6)的一侧形成有源极(7)，在AlGaN掺杂层(4)的上表面栅极(6)的另一侧形成有漏极(8)，在栅极(6)、源极(7)和漏极(8)上形成有钝化层(9)，且源极(7)和漏极(8)通过钝化层(9)和栅极(6)相隔离，其特征在于，在AlGaN掺杂层(4)的内部设有二阶阶梯形绝缘层(10)，所述二阶阶梯形绝缘层(10)位于所述栅氧化层(5)与漏极(8)之间，并且，二阶阶梯形绝缘层(10)的底面裸露于AlGaN掺杂层(4)的上表面，所述二阶阶梯形绝缘层(10)的高侧端面与栅极氧化层(5)相抵，二阶阶梯形绝缘层的各级阶梯的长度逐阶增大。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟锋，张春伟，袁永胜，刘晓强，刘斯扬，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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