CN109148586A - 氧化镓场效应晶体管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了氧化镓场效应晶体管，包括衬底、沟道层、源极、栅极和漏极；其特征在于，所述沟道层的掺杂浓度纵向由上到下递增；本发明中沟道层的掺杂浓度纵向由上到下递增，沟道层的掺杂浓度不是单一的，距离栅极越近的位置掺杂浓度越低，本发明改善了晶体管的击穿特性，同时提高了饱和电流，实现了具有高饱和电流特性的氧化镓晶体管。

Description

氧化镓场效应晶体管
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及氧化镓场效应晶体管。
背景技术
供电系统、电力汽车、混合动力汽车、工厂大型设备、光伏发电系统、空调、服务器、个人电脑等设备中会使用到功率器件。当前功率器件主要采用的技术包括为Si二极管、SiMOSFET、IGBT以及少量的GaN、SiC器件。
氧化镓(Ga2O3)是金属镓的氧化物。目前共发现α、β、γ、δ、ε五种氧化镓的结晶形态。其中，以β结构的Ga2O3最为稳定。目前为止在半导体领域围绕Ga2O3的研究都是在β结构的Ga2O3上展开的，提及Ga2O3的时候多特指β结构的Ga2O3。Ga2O3的禁带宽度为4.8eV，高于第一代半导体硅，也高于第三代宽禁带半导体GaN和SiC。Ga2O3的击穿电场为8MV/cm，高于硅的0.3MV/cm，也高于GaN的3.3MV/cm和SiC的2.5MV/cm。意味着相同的器件尺寸下，Ga2O3的耐击穿电压理论上是硅的26.6倍，是GaN的2.4倍，是SiC的3.2倍。在功率器件应用领域，Ga2O3场效应晶体管器件还具有化学性质稳定、高耐压、低损耗、低漏电、耐高温、抗辐照、可靠性高以及低成本的优势。
现有的Ga2O3场效应晶体管(FET)器件高的掺杂浓度容易实现高的饱和电流密度但是难以实现高的击穿电压。低的掺杂浓度容易实现高的击穿电压但是难以实现高的饱和电流密度，不能同时满足具有高击穿、高饱和电流特性，使用不方便。
发明内容
本发明提供了氧化镓场效应晶体管，旨在解决现有技术中氧化镓晶体管不能同时满足具有高击穿、高饱和电流特性的问题。
本发明实施例提供了氧化镓场效应晶体管，包括衬底、沟道层、源极、栅极和漏极；其特征在于，所述沟道层的掺杂浓度纵向由上到下递增。
在一个实施例中，氧化镓场效应晶体管还包括第一离子注入区域和第二离子注入区域；
所述第一离子注入区域、第二离子注入区域和所述沟道层设置在所述衬底上，所述第一离子注入区域和所述第二离子注入区域分别设置在沟道层两侧，所述源极设置在所述第一离子注入区域上，所述漏极设置在所述第二离子注入区域上，所述栅极设置在所述沟道层上。
在一个实施例中，所述沟道层总厚度为10纳米至1微米。
在一个实施例中，所述沟道层包括至少具有不同掺杂浓度的两层区域，上层区域的掺杂浓度小于下层区域的掺杂浓度。
在一个实施例中，每一层区域厚度为2纳米至500纳米。
在一个实施例中，所述沟道层包括从上到下依次设置的第一层区域、第二层区域、第三层区域和第四层区域，所述第一层区域的掺杂浓度为0～1×1016cm-3，所述第四层区域的掺杂浓度为1×1016～1×1020cm-3，所述第二层区域和所述第三层区域的掺杂浓度在所述第一层区域和所述第四层区域的掺杂浓度之间。
在一个实施例中，所述沟道层的掺杂浓度递增的形式为从上到下成一次或多次函数形式递增。
在一个实施例中，所述沟道层与衬底接触区域的掺杂浓度为1×1016～1×1020cm-3，所述沟道层顶部区域的掺杂浓度为0～1×1016cm-3。
在一个实施例中，所述沟道层上还设有栅下介质层，所述栅极设置在所述栅下介质层上。
在一个实施例中，所述衬底为绝缘氧化镓衬底。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明中沟道层的掺杂浓度纵向由上到下递增，沟道层的掺杂浓度不是单一的，距离栅极越近的位置掺杂浓度越低，本发明改善了晶体管的击穿特性，同时提高了饱和电流，实现了具有高饱和电流特性的氧化镓晶体管。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一个实施例提供的氧化镓场效应晶体管的结构示意图一；
图2为本发明的一个实施例提供的氧化镓场效应晶体管的结构示意图二；
图3为本发明的一个实施例提供的氧化镓场效应晶体管的结构示意图三。
其中：1、衬底；2、第一离子注入区域；3、第二离子注入区域；4、源极；5、漏极；6、栅极；7、沟道层；8、每一层区域；9、每二层区域；10、每三层区域；11、每四层区域；12、栅下介质层。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。
本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
以下结合具体附图对本发明的实现进行详细地描述：
图1示出了本发明一实施例所提供的氧化镓场效应晶体管的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：衬底1没有标号。
如图1-2所示所示，本发明实施例所提供的氧化镓场效应晶体管，包括衬底、沟道层7、源极4、栅极6和漏极5；沟道层7的掺杂浓度纵向由上到下递增。
在一个实施例中，沟道层7设置在衬底之上，源极4、栅极6和漏极5都分别设置在沟道层7之上。
本发明实施例中，沟道层7的掺杂浓度纵向由上到下递增，沟道层7的掺杂浓度不是单一的，距离栅极6越近的位置掺杂浓度越低，本发明改善了晶体管的击穿特性，同时提高饱和电流，实现了具有高饱和电流特性的氧化镓晶体管。
在一个实施例中，氧化镓场效应晶体管还包括第一离子注入区域2和第一离子注入区域3；第一离子注入区域2、第一离子注入区域3和沟道层7设置在衬底上，第一离子注入区域2和第一离子注入区域3分别设置在沟道层7两侧，源极4设置在第一离子注入区域2上，漏极5设置在第二离子注入区域3上，栅极6设置在沟道层7上。
在本实施例中，第一离子注入区域2和第一离子注入区域3用于注入离子，如硅离子，形成重掺杂材料。
在一个实施例中，沟道层7总厚度为10纳米至1微米。
如图1所示，在一个实施例中，沟道层7包括至少具有不同掺杂浓度的两层区域，上层区域的掺杂浓度小于下层区域的掺杂浓度。
在本实施例中，沟道层7的掺杂浓度为台阶形状突变的。沟道层7靠近衬底的一层浓度大于沟道层7靠近栅极6的一层。
在一个实施例中，每一层区域厚度为2纳米至500纳米。
在一个实施例中，沟道层7包括从上到下依次设置的第一层区域8、第二层区域9、第三层区域10和第四层区域11，第一层区域8的掺杂浓度为0～1×1016cm-3，第四层区域11的掺杂浓度为1×1016～1×1020cm-3，第二层区域9和第三层区域10的掺杂浓度在第一层区域8和所述第四层区域11的掺杂浓度之间。
如图2所示，在一个实施例中，沟道层7的掺杂浓度递增的形式为从上到下成一次或多次函数形式递增。
在本实施例中，掺杂浓度递增的形式为从上到下成一次或多次函数形式递增，因为一次或多次函数的变化是连续变化的，所以掺杂浓度是连续渐变的。
在一个实施例中，沟道层7与衬底接触区域的掺杂浓度为1×1016～1×1020cm-3，所述沟道层7顶部区域的掺杂浓度为0～1×1016cm-3。
在本实施例中，沟道层7的掺杂浓度由上到下递增的形式为从上到下成一次或多次函数形式递增，沟道层7与衬底接触区域的掺杂浓度为1×1016～1×1020cm-3，所述沟道层7顶部区域的掺杂浓度为0～1×1016cm-3，沟道层7总厚度控制在10纳米至1微米。
如图3所示，在一个实施例中，沟道层7上还设有栅下介质层12，栅极6设置在栅下介质层12上。
在具体应用中，栅下介质层12为绝缘层，绝缘的栅下介质层12可以改善漏电特性。
在一个实施例中，衬底为绝缘氧化镓衬底、蓝宝石或SiC。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.氧化镓场效应晶体管，包括衬底、沟道层、源极、栅极和漏极；其特征在于，所述沟道层的掺杂浓度纵向由上到下递增。
2.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管，其特征在于，还包括第一离子注入区域和第二离子注入区域；
所述第一离子注入区域、第二离子注入区域和所述沟道层设置在所述衬底上，所述第一离子注入区域和所述第二离子注入区域分别设置在沟道层两侧，所述源极设置在所述第一离子注入区域上，所述漏极设置在所述第二离子注入区域上，所述栅极设置在所述沟道层上。
3.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管，其特征在于，所述沟道层总厚度为10纳米至1微米。
4.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管，其特征在于，所述沟道层包括至少具有不同掺杂浓度的两层区域，上层区域的掺杂浓度小于下层区域的掺杂浓度。
5.如权利要求4所述的氧化镓场效应晶体管，其特征在于，每一层区域厚度为2纳米至500纳米。
6.如权利要求4所述的氧化镓场效应晶体管，其特征在于，所述沟道层包括从上到下依次设置的第一层区域、第二层区域、第三层区域和第四层区域，所述第一层区域的掺杂浓度为0～1×1016cm-3，所述第四层区域的掺杂浓度为1×1016～1×1020cm-3，所述第二层区域和所述第三层区域的掺杂浓度在所述第一层区域和所述第四层区域的掺杂浓度之间。
7.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管，其特征在于，所述沟道层的掺杂浓度递增的形式为从上到下成一次或多次函数形式递增。
8.如权利要求7所述的氧化镓场效应晶体管，其特征在于，所述沟道层与衬底接触区域的掺杂浓度为1×1016～1×1020cm-3，所述沟道层顶部区域的掺杂浓度为0～1×1016cm-3。
9.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管，其特征在于，所述沟道层上还设有栅下介质层，所述栅极设置在所述栅下介质层上。
10.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管，其特征在于，所述衬底为绝缘氧化镓衬底。
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