本發(fā)明主要涉及一種寬禁帶材料功率半導體器件，特別是涉及一種應用于電力開關領域的AlGaN-GaN高電子遷移率晶體管。

背景技術：

GaN材料具有良好的電學特性，如寬的禁帶寬度、高擊穿電場、高熱導率、耐腐蝕等，被譽為是繼第一代Ge、Si半導體材料、第二代GaAs、InP化合物半導體材料之后的第三代半導體材料，是制作高頻、高壓、高溫、大功率電子器件和短波長、大功率光電子器件的理想材料。

AlGaN-GaN高電子遷移率晶體管由于自發(fā)極化效應，在AlGaN-GaN界面的GaN層中出現(xiàn)了濃度很高的二維電子氣(2DEG)，因此AlGaN-GaN高電子遷移率晶體管具有電子漂移速度快的優(yōu)勢。由于AlGaN-GaN高電子遷移率晶體管還具有擊穿電壓高和抗輻射能力強等優(yōu)勢，其在高頻高溫大功率領域具有十分廣泛的應用前景。溝道處2DEG的高遷移率使得它具有超高功率密度和低功耗特性。在此之前，對于AlGaN-GaN高電子遷移率晶體管的研究一直集中在微波器件領域，耐壓多在200V以下。近幾年隨著大尺寸Si基GaN器件制造成為可能之后，AlGaN-GaN高電子遷移率晶體管在功率器件領域的研究又成為了一個熱點。

當漏極電壓很高時，電子會在柵漏之間強電場的作用下注入AlN成核層，并被AlN成核層中的缺陷捕獲，從而造成2DEG濃度降低，輸出電流減小，這種效應被稱為強場電流崩塌效應。強場電流崩塌效應一直是阻礙AlGaN-GaN高電子遷移率晶體管發(fā)展的一個重要原因。所以為了減小器件的強場電流崩塌效應，主要應該從兩方面著手，一方面是減少注入AlN成核層中的電子數(shù)目，另一方面就是減小AlN成核層缺陷的密度。對于AlN成核層中的缺陷，其主要是材料生長過程中引入的，要減少該缺陷需要從工藝角度出發(fā)，提高材料的生長質量。從器件結構的設計角度出發(fā)，只能盡量減少注入AlN成核層中的電子數(shù)量，從而在一定程度上抑制電流崩塌效應。為了減少注入AlN成核層中的電子數(shù)目，可以通過提高GaN溝道層和AlN成核層的勢壘高度，來提高電子注入AlN成核層需要的電子能量?，F(xiàn)有的提高AlN成核層勢壘高度的方法，如提高AlN成核層的Al組份，可以有效抑制電流崩塌效應，但是同時這種方法會降低器件的2DEG濃度，使得器件的電流能力下降。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出了一種P型埋層AlGaN-GaN高電子遷移率晶體管，該器件結構在保持電流能力不變的基礎上，能夠有效提高柵極邊緣AlN成核層勢壘高度，抑制電流崩塌效應。

本發(fā)明采用如下技術方案：一種P型埋層AlGaN-GaN高電子遷移率晶體管，包括：Si基襯底，在Si基襯底上形成有AlN成核層，在AlN成核層上形成有本征GaN層，在本征GaN層上形成有AlGaN摻雜層，在所述AlGaN摻雜層的上表面形成柵氧化層，在柵氧化層上表面形成柵極，在AlGaN摻雜層和柵極上覆蓋有鈍化層，在柵極一側形成有源極，所述源極始于本征GaN層的上部、貫穿AlGaN摻雜層并止于鈍化層內，在柵極另一側形成有漏極，所述漏極始于本征GaN層的上部、貫穿AlGaN摻雜層并止于鈍化層內，其特征在于，在AlN成核層中形成有P型AlGaN摻雜區(qū)埋層，所述P型AlGaN摻雜區(qū)埋層上表面與本征GaN層的下表面相接觸，P型AlGaN摻雜區(qū)埋層的一個邊界位于柵極下方，P型AlGaN摻雜區(qū)埋層的另一個邊界位于柵極和漏極之間區(qū)域的下方。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明器件在AlN成核層中采用P型AlGaN摻雜區(qū)埋層10的結構，在抑制電流崩塌效應的同時，所述P型AlGaN摻雜區(qū)埋層10可維持器件正常工作時的電流能力不變。本發(fā)明所述P型AlGaN摻雜區(qū)埋層10在解決上述技術問題的過程中起著如下兩個作用：

本發(fā)明器件在AlN成核層中采用P型AlGaN摻雜區(qū)埋層的結構，可以有效提高AlN成核層的勢壘高度，減小注入的電子數(shù)目，抑制電流崩塌效應。AlGaN-GaN高電子遷移率晶體管結構中靠近漏側柵極邊緣的電離缺陷濃度最高，也就是說此處注入的電子數(shù)量最高，在此處加入P型AlGaN摻雜區(qū)埋層，可以有效提高AlN成核層的勢壘高度，從而減小注入的電子數(shù)目，抑制電流崩塌效應。圖3為本發(fā)明器件與常規(guī)器件沿著器件結構縱向的導帶能量分布圖，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明器件使得AlN成核層導帶能量從0.57eV提高到1.02eV，抑制了電流崩塌效應。

進而，本發(fā)明器件的好處還在于，本發(fā)明能夠在抑制電流崩塌效應的基礎上，保持本發(fā)明器件的電流能力基本不變。常用在GaN溝道層下方插入高組分AlGaN緩沖層的方法來抑制電流崩塌效應，但是AlGaN緩沖層會削弱AlGaN摻雜層和本征GaN層的極化作用，導致本征GaN層中的2DEG濃度降低，使得器件正常工作時的電流能力下降。而本發(fā)明器件采用在AlN成核層中形成P型AlGaN摻雜區(qū)埋層的方法來抑制電流崩塌效應，P型AlGaN摻雜區(qū)埋層的加入不會影響AlGaN摻雜層和本征GaN層的極化作用，即本征GaN層中的2DEG濃度不變，本發(fā)明器件可以維持器件正常工作時的電流能力不變。圖4為本發(fā)明器件本征GaN層中橫向的2DEG濃度分布圖，橫軸上P型AlGaN摻雜區(qū)埋層對應位置2DEG的濃度并沒有發(fā)生變化，這表明P型AlGaN摻雜區(qū)埋層的加入不會影響器件的電流能力。

附圖說明

圖1是常規(guī)的AlGaN-GaN高電子遷移率晶體管的結構剖面圖。

圖2是本發(fā)明的P型埋層AlGaN-GaN高電子遷移率晶體管的結構剖面圖。

圖3是本發(fā)明器件與常規(guī)器件的沿器件結構縱向的導帶能量分布圖?？梢钥闯霰景l(fā)明器件使得AlN成核層導帶能量提高，抑制了電流崩塌效應。

圖4是本發(fā)明器件的沿器件本征GaN層橫向2DEG濃度分布圖?？梢钥闯鯬型AlGaN摻雜區(qū)埋層對應位置2DEG濃度不變，即本發(fā)明器件的電流能力基本保持不變。

具體實施方式

一種P型埋層AlGaN-GaN高電子遷移率晶體管，包括：Si基襯底1，在Si基襯底1上形成有AlN成核層2，在AlN成核層2上形成有本征GaN層3，在本征GaN層3上形成有AlGaN摻雜層4，在所述AlGaN摻雜層4的上表面形成柵氧化層5，在柵氧化層5上表面形成柵極6，在AlGaN摻雜層4和柵極6上覆蓋有鈍化層9，在柵極6一側形成有源極7，所述源極7始于本征GaN層3的上部、貫穿AlGaN摻雜層4并止于鈍化層9內，在柵極6另一側形成有漏極8，所述漏極8始于本征GaN層3的上部、貫穿AlGaN摻雜層4并止于鈍化層9內，其特征在于，在AlN成核層2中形成有P型AlGaN摻雜區(qū)埋層10，所述P型AlGaN摻雜區(qū)埋層10上表面與本征GaN層3的下表面相接觸，P型AlGaN摻雜區(qū)埋層10的一個邊界位于柵極6下方，P型AlGaN摻雜區(qū)埋層10的另一個邊界位于柵極6和漏極8之間區(qū)域的下方。P型AlGaN摻雜區(qū)埋層10的厚度為80-120nm。P型AlGaN摻雜區(qū)埋層10的長度為0.5-1.5μm。P型AlGaN摻雜區(qū)埋層10的摻雜濃度為1e18cm^-3-5e18cm^-3。