一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半场效应管的制作方法

本发明属于场效应晶体管技术领域，具体涉及一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半场效应管。

背景技术：

SiC材料具有宽带隙、高击穿电场、高的饱和电子迁移速度、高热导率等突出的材料和电学特性，使其在高频高功率器件应用中，尤其是高温、高压、航天、卫星等严苛环境下的高频高功率器件应用中具有很大的潜力。在SiC同质异形体中，六角密堆积的纤锌矿结构的4H-SiC的电子迁移率是6H-SiC的近三倍，因此4H-SiC材料在高频高功率器件，尤其是金属半导体场效应晶体管(MESFET)应用中占有主要地位。

目前，大多数文献致力于双凹陷4H-SiC MESFET结构的研究及在此结构的基础上进行改进。该结构从下至上由4H-SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层和N+帽层堆叠而成，以该堆叠层为基础，刻蚀N+帽层后形成凹陷的N型沟道层，栅的源侧一半长度向N型沟道层内凹陷形成凹栅结构，凹陷的N型沟道层可通过反应离子刻蚀RIE技术完成。

虽然上述双凹陷结构4H-SiC MESFET的击穿电压因栅的源侧一半长度向N型沟道层内凹陷而增加，但饱和漏电流却没有得到实质性提升。并且在实际情况下，反应离子刻蚀RIE的过程会在器件漂移区表面形成晶格损伤，导致N型沟道层中载流子有效迁移率下降，进而降低漏极电流，在电流输出特性上表现为饱和电流的退化。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中的不足，解决了现有技术存在的问题，旨在提供一种具有部分高浓度掺杂沟道且能够提高输出电流和器件跨导，改善频率特性的一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC场效应管。

为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：

一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半场效应管，自下而上设置有4H-SiC半绝缘衬底(1)、P型缓冲层(2)、N型沟道层(3)，N型沟道层(3)的两侧分别设置有源极帽层(4)和漏极帽层(5)，所述源极帽层(4)和漏极帽层(5)的表面分别设置有源电极(6)和漏电极(7)，N型沟道层(3)中部且靠近源极帽层(4)的一侧设置有栅区域(10)，栅区域(10)在N型沟道层(3)两侧形成左侧沟道凹陷区(8)和右侧沟道凹陷区(9)，左侧沟道凹陷区(8)正下方区域为具有高掺杂浓度的沟道高掺杂区域(11)。

进一步的，所述左侧沟道凹陷区(8)和右侧沟道凹陷区(9)的深度为0.05μm，左侧沟道凹陷区(8)的宽度为0.5μm，右侧沟道凹陷区(9)的宽度为1μm。

进一步的，所述N型沟道区域内掺杂浓度为9×10¹⁷cm^-3至6×10¹⁸cm^-3区间。

本发明公开的一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半场效应管，具有以下有益效果：

第一，漏极电流提高。4H-SiC MESFET器件最大输出功率密度正比于漏极饱和电流、击穿电压以及膝点电压。通过引入N型沟道高浓度掺杂区域，使靠近源端N型沟道区域电荷增加，进而使得源漏区的沟道总电荷会增加，所以该器件的饱和漏电流得到大幅度提高。

第二，器件跨导提高。MESFET器件的跨导反映了栅源电压对沟道漏电流的控制能力。大的器件跨导需要栅下空间电荷区尽可能集中于栅下区域，尽量减少其向栅极两侧扩展的趋势。通过在栅极左侧沟道引入高掺杂区域，在栅极左侧与正下方沟道形成浓度梯度，其将有效阻止栅下空间电荷区向两侧扩展，即栅下空间电荷区厚度将有效增加，从而增加器件跨导。

第三，频率特性改善。通过在栅极左侧沟道内引入高掺杂区域，增加器件跨导，同时器件栅源电容增幅较小，从而器件的频率特性改善明显。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

附图标记说明：

1.4H-SiC半绝缘衬底，2.P型缓冲层，3.N型沟道层，4.源极帽层，5.漏极帽层，6.源电极，7.漏电极，8.左侧沟道凹陷区，9.右侧沟道凹陷区，10.栅区域，11.沟道高掺杂区域。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。

请参见图1。

一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半场效应管，自下而上设置有4H-SiC半绝缘衬底1、P型缓冲层2、N型沟道层3，N型沟道层3的两侧分别设置有源极帽层4和漏极帽层5，所述源极帽层4和漏极帽层5的表面分别设置有源电极6和漏电极7，N型沟道层3中部且靠近源极帽层4的一侧设置有栅区域10，栅区域10在N型沟道层3两侧形成左侧沟道凹陷区8和右侧沟道凹陷区9，左侧沟道凹陷区8正下方区域为具有高掺杂浓度的沟道高掺杂区域11。

作为具体实施例，所述左侧沟道凹陷区8和右侧沟道凹陷区9的深度为0.05μm，左侧沟道凹陷区8的宽度为0.5μm，右侧沟道凹陷区9的宽度为1μm。

作为具体实施例，所述N型沟道区域内掺杂浓度为9×10¹⁷cm^-3至6×10¹⁸cm^-3区间。

本发明通过引入N型沟道高浓度掺杂区域11，使靠近源端N型沟道区域电荷增加，进而使得源漏区的沟道总电荷会增加，最终器件的饱和漏电流得到大幅度提高。同时引入的N型沟道高浓度掺杂区域在栅极左侧与正下方沟道形成浓度梯度，其将有效阻止栅下空间电荷区向两侧扩展，即栅下空间电荷区厚度将有效增加，从而增加器件跨导；器件跨导增加的同时器件栅源电容仅有微小增加，最终器件频率特性具有显著改善。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制；应当指出，尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。