一种纵向型氮化镓基异质结半导体器件及其制造方法技术

一种纵向型氮化镓基异质结半导体器件及其制造方法，所述器件包括，衬底、金属层，以及纵向型氮化镓基异质结，其中，所述纵向型氮化镓基异质结，在基异质结的GaN一侧，具有纵向二维电子气；所述纵向二维电子气为器件在导通时提供从表面到底面的电流通道。所述方法，包括以下步骤：在衬底表面淀积非故意掺杂的氮化镓缓冲层；利用光刻掩模对非故意掺杂的氮化镓缓冲层进行蚀刻；淀积铝氮化镓势垒层，形成纵向型氮化镓基异质结；利用光刻掩模在其间表面形成金属层。本发明专利技术的器件芯片的每单位面积能提供更高和更有效的功率，使产品有更好的性价比，而且制造方法简单、容易实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件，尤其涉及一种氮化稼半导体器件。
技术介绍
第三代半导体材料，包括CdS、ZnO、SiC、GaN、金刚石等。这些半导体材料的禁带宽度都大于2.2eV，在电子器件方面，对SiC和GaN的研究相对比较成熟，是目前世界半导体材料和器件研究领域中的热点。氮化镓(GaN)禁带宽度是3.4eV，宽禁带使GaN材料能够承受更高的工作温度，也使GaN材料有更大的击穿电场，更大的击穿电场意味着器件能够承受更高的工作电压，可以提高器件的功率特性。GaN也有高的电子饱和漂移速度和高的热导率，总的来说，GaN是可以用來制造高频、高压大功率半导体器件的优良材料。GaN基异质结材料是GaN材料中的重要代表，其延续了GaN材料高击穿电场、高电子饱和漂移速度等优点。A1GaN／GaN是GaN基异质结材料中的主要结构代表,A1GaN／GaN异质结中，A1GaN为宽禁带材料，GaN为窄带材料，两者形成I型异质结，二维电子气（2DEG）位于异质结界面的GaN一侧。A1GaN／GaN已经被大量地应用在光电和电子器件方面，这也是推动GaN材料向高水平和低成本发展的动力之一，光电子器件主要包括A1GaN／GaN多量子阱结构的激光器和发光管；电子器件主要以AIGaN／GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构作为GaN基器件的基础代表，这种结构具有良好的高频、高功率、耐高温以及抗辐射性能，用这种结构研制出的器件包括有AIGaN／GaN异质结场效应晶体管(AlGaN／GaNHFETS)和AlGaN／GaN异质结肖特基二极管等。<br>GaN基异质结器件是制造在外延材料上的，生长在单晶衬底的外延层，质量最好，制造出的电子器件性能也最好，不过，GaN单晶衬底材料价格较高，现在还没有商用价值。生长在SiC单晶衬底的外延层质量也很好，制造出的器件特性也很出色，而且SiC是很好的导热材料，虽然衬底有点贵，但在某些应用上是会被选用的。相比之下，用蓝宝石衬底材料成本就低很多了，现时的商用GaN基半导体器件产品都是主要用蓝宝石作为衬底的；另一方面，现时也有商用产品是用Si衬底的，虽然目前用Si衬底比用蓝宝石贵，但业界相信，随着愈来愈多使用Si衬底做GaN基异质结的产品和研发，用Si衬底制备出的外延层的成本会愈来愈低、质量会愈来愈好，未来会最有商业用途。蓝宝石衬底对于氮化物半导体器件来说，是一个不错的选择。因为蓝宝石衬底被大量使用于LED制备,所以其成本较低，而且氮化稼外延层和蓝宝石衬底之间的晶格较为匹配，可以形成高质量的外延层。但是，蓝宝石衬底的导热性能比较差，在散热方面，用Si衬底的比较好。无论是用Si衬底还是用蓝宝石衬底的都是横向器件。图1为现有技术的横向型氮化镓基异质结半导体器件的正视截面剖视图，如图1所示，横向型氮化镓基异质结半导体器件，在衬底110上分别设置有非故意掺杂的GaN缓冲层120、铝氮化镓（AlGaN）势垒层140和和金属层160。横向型氮化镓基异质结半导体器件的所有电极都放置在器件的表面之上，而且，器件的表面结构里的有源区也用来承受施加於器件之上的反偏置电压，如果反偏置电压愈高，需要使用的表面有源区便愈宽，这就导至芯片面积使用率不如垂直高压器件有效，相比之下，横向器件的表面平均每单位面积的输出功率远小于垂直高压器件，这是横向器件的一大缺点。图2为美国专利号US8,569,799B2提出的包含了掩埋接触的氮化镓器件正视截面剖视图，如图2所示，该包含了掩埋接触的氮化镓器件，包括，衬底110、非故意掺杂的氮化镓（GaN）缓冲层120、氮化铝（AlN）130、铝氮化镓（AlGaN）势垒层140、帽层150、金属层160，以及导电材料180，使得横向器件的电极分布变成类似垂直器件一样，即是阳极(高电压)在器件的一面，阴极(低电压)在另一面，该专利中描述的结构仅是“准”垂直结构,仍依靠芯片表面的有源区的宽度来承受反偏置的电压，在表面面积的使用率上比一般横向器件没有多大的改进。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的不足，本专利技术提供一种纵向型氮化镓基异质结半导体器件及其制造方法，使用垂直的GaN基异质结把表面和底面连接起来，其中的二维电子气（2DEG）也是垂直的，这使得电流可以从芯片的一面垂地流至另一面，而且，芯片内的外延层可以用来承受施加於芯片上的反偏置电压，这样就能有效地利用芯片面积去处理器件规格所要求的电流和电压，比起横向器件，垂直器件芯片的每单位面积能提供更高和更有效的功率，使产品有更好的性价比。为了实现上述目的，根据本专利技术的纵向型氮化镓基异质结半导体器件，包括，衬底、金属层，以及纵向型氮化镓基异质结，其中，所述纵向型氮化镓基异质结，在基异质结的GaN一侧，具有纵向二维电子气；所述纵向二维电子气为器件在导通时提供从表面到底面的电流通道。进一步地，所述纵向型氮化镓基异质结，包括非故意掺杂的GaN缓冲层和AlGaN势垒层；所述AlGaN势垒层的厚度为10nm-45nm。进一步地，所述纵向型氮化镓基异质结，还包括钝化层；所述钝化层的厚度为10nm-200nm。进一步地，所述纵向型氮化镓基异质结，还包括GaN帽层，所述GaN帽层的厚度为5nm-20nm。进一步地，所述纵向型氮化镓基异质结，还包括挖糟后生长的纵向氮化镓层,所述纵向氮化镓层的厚度为0.1nm-1nm。进一步地，所述纵向型氮化镓基异质结，还包括钝化层；所述钝化层的厚度为10nm-200nm。进一步地，所述纵向型氮化镓基异质结，还包括GaN帽层，所述GaN帽层的厚度为5nm-20nm。为了实现上述目的，根据本专利技术的纵向型氮化镓基异质结半导体器件的制造方法，包括以下步骤：1）在衬底表面淀积非故意掺杂的GaN缓冲层；2）利用光刻掩模对非故意掺杂的GaN缓冲层进行蚀刻；3）淀积铝氮化镓势垒层，形成纵向型氮化镓基异质结；4）利用光刻掩模在其间表面形成金属层。进一步地，在所述步骤3）之前，还包括：在沟槽侧壁，以及非故意掺杂的氮化镓缓冲层表面形成纵向型氮化镓层的步骤。更进一步地，在所述步骤4）之前，还包括：淀积铝氮化镓势垒层形成纵向型氮化镓基异质结，然后淀积氮化镓形成氮化镓帽层和淀积氮化硅形成钝化层的步骤。本专利技术的纵向型氮化镓基异质结半导体器件，使用垂直的纵向型氮化镓基异质结把表面和底面连接起来，其中的2DEG电子气也是垂直的，这使得电流可以从芯片的一面垂地流至另一面，有效地利用芯片面积去处理器件规格所要求的电流和电压，比起横向器件，垂直器件芯片的每单位面积能提供更高和更有效的功率，使产品有更好的性价比；本专利技术的纵向型氮化镓基异质结半导体器件制造方法简单、容易实现。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起，用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为现有技术的横向型氮化镓基异质结半导体器件的正视截面剖视图；图2为美国专利号US8,569,799B2公开的包含了掩埋接触的氮化稼器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纵向型氮化镓基异质结半导体器件，包括，衬底、金属层，以及纵向型氮化镓基异质结，其特征在于，所述纵向型氮化镓基异质结，在所述基异质结的GaN一侧，具有纵向二维电子气；所述纵向二维电子气为器件在导通时提供从表面到底面的电流通道。

【技术特征摘要】
1.一种纵向型氮化镓基异质结半导体器件，包括，衬底、金属层，以及纵向型氮化镓基异质结，其特征在于，
所述纵向型氮化镓基异质结，在所述基异质结的GaN一侧，具有纵向二维电子气；所述纵向二维电子气为器件在导通时提供从表面到底面的电流通道。
2.根据权利要求1所述的纵向型氮化镓基异质结半导体器件，其特征在于，所述纵向型氮化镓基异质结，包括非故意掺杂的氮化镓缓冲层和铝氮化镓势垒层；所述铝氮化镓势垒层的厚度为10nm-45nm。
3.根据权利要求2所述的纵向型氮化镓基异质结半导体器件，其特征在于，所述纵向型氮化镓基异质结，还包括钝化层；所述钝化层的厚度为10nm-200nm。
4.根据权利要求2所述的纵向型氮化镓基异质结半导体器件，其特征在于，所述纵向型氮化镓基异质结，还包括氮化镓帽层，所述氮化镓帽层的厚度为5nm-20nm。
5.根据权利要求2所述的纵向型氮化镓基异质结半导体器件，其特征在于，所述纵向型氮化镓基异质结，还包括钝化层和氮化镓帽层；所述钝化层的厚度为10nm-200nm，所述氮化镓帽层的厚度为5nm-20nm。
6.根据权利要求2所述的纵向型氮化镓基异质结半导体器件，其特征在于，所述纵向型氮化镓基异质结，还包括挖糟后生长的纵向氮化镓层,所述纵向氮化镓层的厚度为0.1nm-1nm。
7.根据权利要求6所述的纵向型氮化镓基异质结半导体器件，其特征在于，所述纵向型氮化镓基异质结，还包括钝化层；所述钝化层的厚度为10nm-200nm。
8.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳伟伦，梁安杰，罗文健，
申请(专利权)人：香港商莫斯飞特半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81