高击穿电压的氮化镓高电子迁移率晶体管及其形成方法技术

一种具有高击穿电压的氮化镓高电子迁移率晶体管及其形成方法，所述高电子迁移率晶体管包括：衬底；位于所述衬底上的氮化镓沟道层；位于所述氮化镓沟道层上的第一势垒层；位于所述第一势垒层上的栅极、源极和漏极，所述源极和漏极分别位于所述栅极的两侧；位于所述栅极与漏极之间的第一势垒层表面的第二势垒层，所述第二势垒层侧壁与所述栅极一侧侧壁连接，用于产生二维空穴气。上述高电子迁移率晶体管具有更高的击穿电压。

Gallium nitride high electron mobility transistor with high breakdown voltage and method for forming the same

A high breakdown voltage of GaN high electron mobility transistor and a method of forming the high electron mobility transistor includes: a substrate; located in Gan channel layer on the substrate; a first barrier layer in the Gan channel layer; a gate, source is the first barrier layer on the pole and the drain and the source electrode and the drain electrode are located on both sides of the gate; the second barrier layer on the surface of the first barrier layer is disposed between the gate and the drain, the second barrier layer is connected with the side wall of the gate side of the side wall, used to generate two dimensional hole gas. The high electron mobility transistors have higher breakdown voltages.

【技术实现步骤摘要】
高击穿电压的氮化镓高电子迁移率晶体管及其形成方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种高击穿电压的氮化镓高电子迁移率晶体管及其形成方法。
技术介绍
由于能满足现代电子科技对高温、高频、高压、高功率以及抗辐射等高性能的要求，氮化镓(GaN)获得了人们极大的关注。GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)作为功率器件应用，是目前国际上大力发展的前沿热点技术，也是我国能源发展中迫切需要的关键电力电子技术的核心技术。虽然GaN基HEMT本身理论击穿电压值很高，但是当前作为功率开关器件的GaN基HEMT耐高压能力远不及理论计算的击穿电压值，这极大地限制了其在高压大功率领域的应用。研究表明，GaN基HEMT击穿电压低的主要原因在于栅极电场集中效应和缓冲层的漏电，尤其是栅极电场集中效应：在截止状态下当器件承受源极-漏极间高电压后，栅极靠近漏极的一端会产生电场峰值使电场分布不均匀，从而造成器件的提前击穿。目前，人们多利用在源区、栅区或漏区制作各种金属层场板结构来平滑表面电场分布来提高击穿电压。场板结构的方法在一定程度能提高击穿电压，但由于金属和氮化镓间的晶格失配和热应力失配，会额外引入缺陷和界面电荷陷阱，导致器件质量下降，影响器件的可靠稳定性。因此，寻找提高GaN基HEMT功率器件的击穿电压的具体解决方案，充分发挥GaN基电子功率器件高压、大功率特点的技术具有深远意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种高击穿电压的氮化镓高电子迁移率晶体管及其形成方法，以提高所述高电子迁移率晶体管的击穿电压。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种高击穿电压的氮化镓高电子迁移率晶体管，包括：衬底；位于所述衬底上的氮化镓沟道层；位于所述氮化镓沟道层上的第一势垒层；位于所述第一势垒层上的栅极、源极和漏极，所述源极和漏极分别位于所述栅极的两侧；位于所述栅极与漏极之间的第一势垒层表面的第二势垒层，所述第二势垒层侧壁与所述栅极一侧侧壁连接，用于产生二维空穴气。可选的，所述第二势垒层包括：位于所述第一势垒层表面的第一子层、位于所述第一子层表面的第二子层和位于所述第二子层表面的第三子层，所述第一子层和第二子层构成异质结，所述第三子层为P型掺杂。可选的，所述衬底与氮化镓沟道层之间还具有成核层和位于所述成核层表面的缓冲层。可选的，所述氮化镓沟道层与第一势垒层之间还具有插入层。可选的，所述第一子层的材料为氮化铝、氮化镓或氮化铝镓；所述第二子层的材料为氮化镓、氮化铝或氮化铝镓；所述第三子层的材料为P型氮化镓、P型氮化铝或P型氮化铝镓；所述成核层的材料为氮化镓、氮化铝或氮化镓铝；所述缓冲层的材料为氮化镓；所述插入层的材料为氮化铝；所述第一势垒层的材料为氮化铝镓或氮化铝铟。本专利技术还提供一种高电子迁移率晶体管的形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底上依次形成氮化镓沟道层、位于所述氮化镓沟道层上的第一势垒层；在所述第一势垒层表面形成第二势垒层，所述第二势垒层用于产生二维空穴气；对所述第二势垒层进行刻蚀，暴露出第一势垒层的部分表面；在所述第一势垒层表面分别形成源极、漏极和栅极，所述栅极位于源极和第二势垒层之间，且所述栅极一侧侧壁与所述第二势垒层侧壁连接。可选的，所述第二势垒层包括位于所述第一势垒层表面的第一子层、位于所述第一子层表面的第二子层和位于所述第二子层表面的第三子层，所述第一子层和第二子层构成异质结，所述第三子层为P型掺杂。可选的，采用反应离子刻蚀工艺或感应耦合等离子刻蚀工艺刻蚀所述第二势垒层。可选的，还包括：在所述衬底与氮化镓沟道层之间形成成核层和位于所述成核层表面的缓冲层；在所述氮化镓沟道层与第一势垒层之间形成插入层。可选的，所述第一子层的材料为氮化铝、氮化镓或氮化铝镓；所述第二子层的材料为氮化镓、氮化铝或氮化铝镓；所述第三子层的材料为P型氮化镓、P型氮化铝或P型氮化铝镓；所述成核层的材料为氮化镓、氮化铝或氮化镓铝；所述缓冲层的材料为氮化镓；所述插入层的材料为氮化铝；所述第一势垒层的材料为氮化铝镓或氮化铝铟。本专利技术的高电子迁移率晶体管在栅极与漏极之间具有第二势垒层，所述第二势垒层能够产生二维空穴气，来耗尽栅极和漏极漂移区沟道内的二维电子气，平滑沟道电场分布，从而提高所述高电子迁移率晶体管的击穿电压。附图说明图1为本专利技术一具体实施方式的高击穿电压的氮化镓高电子迁移率晶体管的形成方法的流程示意图；图2至图6为本专利技术一具体实施方式的高击穿电压的氮化镓高电子迁移率晶体管的形成过程的剖面结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的具有高击穿电压的氮化镓高电子迁移率晶体管及其形成方法的具体实施方式做详细说明。请参考图1，为本专利技术一具体实施方式的具有高击穿电压的氮化镓高电子迁移率晶体的形成方法的流程示意图。所述具有高击穿电压的氮化镓高电子迁移率晶体的形成方法包括：步骤S101：提供衬底；步骤S102：在所述衬底上依次形成氮化镓沟道层、位于所述氮化镓沟道层上的第一势垒层；步骤S103：在所述第一势垒层表面形成第二势垒层，所述第二势垒层用于产生二维空穴气；步骤S104：对所述第二势垒层进行刻蚀，暴露出第一势垒层的部分表面；步骤S105：在所述第一势垒层表面分别形成源极、漏极和栅极，所述栅极位于源极和第二势垒层之间，且所述栅极一侧侧壁与所述第二势垒层侧壁连接。请参考图2至图6，为本专利技术一具体实施方式的高电子迁移率晶体的形成过程的剖面结构示意图。请参考图2，提供衬底200。所述衬底200的材料可以是蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、铝酸锂、氮化铝或氮化镓等。请参考图3，在所述衬底200上依次形成沟道层303、位于所述沟道层303上的第一势垒层305。所述沟道层303作为二维电子气的传输通道，需要有较高的晶体质量，以降低所述沟道内的背景浓度，从而减少散射和提高二维电子气的迁移率。可以采用非掺杂的III族金属氮化物作为所述沟道层303的材料，例如非掺杂的GaN层。所述第一势垒层305与所述沟道层303形成异质结，所述异质结界面上的能带带阶不连续及压电极化和自发极化可产生高浓度的二维电子气。所述第一势垒层305的材料包括氮化铝镓或氮化铝铟，可以是单层也可以是多层结构。在本专利技术的具体实施方式中，还包括：在所述衬底200与沟道层303之间形成成核层301和位于所述成核层301表面的缓冲层302。所述成核层301的主要作用是为后续外延层的生长提供有效的成核中心，同时通过大量位错和缺陷的形成，释放成核层和衬底之间的失配应力，可显著提高在所述成核层301上外延生长的III族金属氮化物层的质量。所述成核层301的材料包括GaN、AlN或AlGaN。所述缓冲层302具有较高的电阻率，以阻止沟道层303内的电子向缓冲层302泄漏。通常要求所述缓冲层302的电阻率在106Ω·cm以上。所述缓冲层302的材料可以为氮化镓，通过离子注入在所述缓冲层中产生深能级缺陷来形成高阻，或者引入P型杂质掺杂通过与N型背景浓度互相补偿得到高阻。在本专利技术的其他具体方式中，也可以采用其他方式获得高阻的缓冲层302。在本专利技术的具体实施方式中，还包括：在所述沟道层303与第一势垒层305之间形成插入层304。所述插入层304用于提高所述第一势垒层305晶体质量，所述插入层304的材料可以为氮化铝。上述成核层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高击穿电压的氮化镓高电子迁移率晶体管，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底上的氮化镓沟道层；位于所述氮化镓沟道层上的第一势垒层；位于所述第一势垒层上的栅极、源极和漏极，所述源极和漏极分别位于所述栅极的两侧；位于所述栅极与漏极之间的第一势垒层表面的第二势垒层，所述第二势垒层侧壁与所述栅极一侧侧壁连接，用于产生二维空穴气。

【技术特征摘要】
1.一种高击穿电压的氮化镓高电子迁移率晶体管，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底上的氮化镓沟道层；位于所述氮化镓沟道层上的第一势垒层；位于所述第一势垒层上的栅极、源极和漏极，所述源极和漏极分别位于所述栅极的两侧；位于所述栅极与漏极之间的第一势垒层表面的第二势垒层，所述第二势垒层侧壁与所述栅极一侧侧壁连接，用于产生二维空穴气。2.根据权利要求1所述的氮化镓高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述第二势垒层包括：位于所述第一势垒层表面的第一子层、位于所述第一子层表面的第二子层和位于所述第二子层表面的第三子层，所述第一子层和第二子层构成异质结，所述第三子层为P型掺杂。3.根据权利要求2所述的氮化镓高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述衬底与氮化镓沟道层之间还具有成核层和位于所述成核层表面的缓冲层。4.根据权利要求3所述的氮化镓高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述氮化镓沟道层与第一势垒层之间还具有插入层。5.根据权利要求4所述的氮化镓高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述第一子层的材料为氮化铝、氮化镓或氮化铝镓；所述第二子层的材料为氮化镓、氮化铝或氮化铝镓；所述第三子层的材料为P型氮化镓、P型氮化铝或P型氮化铝镓；所述成核层的材料为氮化镓、氮化铝或氮化镓铝；所述缓冲层的材料为氮化镓；所述插入层的材料为氮化铝；所述第一势垒层的材料为氮化铝镓或氮化铝铟。6.一种高击穿电压的氮化镓高电子迁移率晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晨，闫发旺，张峰，赵倍吉，刘春雪，
申请(专利权)人：上海新傲科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31