一种基于离子注入的GaN功率器件及其制造方法技术

一种基于离子注入的GaN功率器件及其制造方法，包括由下往上依次设置的GaN缓冲层、GaN沟道层和AlGaN势垒层，所述AlGaN势垒层上设置有源电极、栅电极和漏电极，其中所述源电极和漏电极均为欧姆接触，所述栅电极为肖特基接触，且各电极之间覆盖有与AlGaN势垒层相连接的钝化层，所述AlGaN势垒层与GaN沟道层为异质结构且在两者的界面处由于极化效应而形成有作为GaN功率器件横向工作导电沟道的二维电子气，所述GaN缓冲层中由GaN缓冲层的底面通过离子注入形成有离子隔离区，所述离子隔离区位于GaN缓冲层的上部并与GaN沟道层相连接，且所述GaN缓冲层中设置了离子隔离区后而在GaN缓冲层的底面键合有高导热衬底。本发明专利技术由于采用在GaN缓冲层中通过离子注入形成有隔离区，将GaN沟道与GaN缓冲层隔离开，从而减少了器件漏电流并提高击穿电压。

GaN power device based on ion implantation and manufacturing method thereof

A GaN power device and its manufacturing method based on ion implantation, including from bottom to top are sequentially arranged GaN buffer layer, GaN channel layer and AlGaN barrier layer, set the active electrode, the gate electrode and the drain electrode of the AlGaN barrier layer, wherein the source electrode and the drain electrode are ohmic contact. The gate electrode is Schottky contact, and between the electrodes covered with the passivation layer is connected with the AlGaN barrier layer, the AlGaN barrier layer and GaN channel layer is heterogeneous structure and interface in both due to the polarization effect and the formation of a two-dimensional electron gas as the power device of the GaN transverse conductive channel, the the GaN buffer layer by GaN buffer layer bottom surface formed by ion implantation and ion separation zone, the upper part of the ion isolation area is located in the GaN buffer layer and connected with the GaN channel layer and the GaN buffer layer is arranged in the ion separation After leaving the zone, the bottom of the GaN buffer layer is bonded with a high thermal conductive substrate. The invention separates the GaN channel from the GaN buffer layer due to the isolation formed by ion implantation in the GaN buffer layer, thereby reducing the leakage current of the device and increasing the breakdown voltage.

【技术实现步骤摘要】
一种基于离子注入的GaN功率器件及其制造方法
本专利技术涉及半导体器件领域，具体是涉及一种基于离子注入的GaN功率器件及其制造方法。
技术介绍
作为第三代宽禁带半导体材料的代表，GaN是继以Si、Ge为代表的第一代及以GaAs、InP为代表的第二代半导体材料之后，近二三十年来发展起来的新型半导体材料。GaN材料具有临界击穿场强高、禁带宽度大、载流子迁移率高、饱和电子漂移速度高、热导率大等特点，具备传统Si材料无法比拟的优势，非常适合于制作高温(300℃以上)、大功率、低损耗的电力电子器件，可实现系统的小型化、轻量化和低成本化，且可在提高系统驱动能力的情况下使系统更加高效节能。尽管近年来GaN基电力电子器件取得了巨大进展，但仍然面临着一些关键技术问题，如功率器件耐压偏低、关态漏电流较大、可靠性差等。目前，成熟的GaN功率器件多采用横向传导进行工作，由AlGaN势垒层与GaN沟道层之间极化效应形成的二维电子气作为导电沟道。在生长GaN沟道层之前需要沉积一层GaN缓冲层，用来改善材料质量，减少位错，增强绝缘性，实现更好的沟道关断。目前，报道的器件击穿电压还远小于GaN材料的理论极限。一个主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于离子注入的GaN功率器件，其特征在于：包括由下往上依次设置的GaN缓冲层（2）、GaN沟道层（3）和AlGaN势垒层（4），所述AlGaN势垒层（4）上设置有源电极（5）、栅电极（8）和漏电极（6），其中所述源电极（5）和漏电极（6）均为欧姆接触，所述栅电极（8）为肖特基接触，且各电极之间覆盖有与AlGaN势垒层（4）相连接的钝化层（7），所述AlGaN势垒层（4）与GaN沟道层（3）为异质结构且在两者的界面处由于极化效应而形成有作为GaN功率器件横向工作导电沟道的二维电子气，所述GaN缓冲层（2）中由GaN缓冲层（2）的底面通过离子注入形成有离子隔离区（10），所述离子隔离区（10）...

【技术特征摘要】
1.一种基于离子注入的GaN功率器件，其特征在于：包括由下往上依次设置的GaN缓冲层（2）、GaN沟道层（3）和AlGaN势垒层（4），所述AlGaN势垒层（4）上设置有源电极（5）、栅电极（8）和漏电极（6），其中所述源电极（5）和漏电极（6）均为欧姆接触，所述栅电极（8）为肖特基接触，且各电极之间覆盖有与AlGaN势垒层（4）相连接的钝化层（7），所述AlGaN势垒层（4）与GaN沟道层（3）为异质结构且在两者的界面处由于极化效应而形成有作为GaN功率器件横向工作导电沟道的二维电子气，所述GaN缓冲层（2）中由GaN缓冲层（2）的底面通过离子注入形成有离子隔离区（10），所述离子隔离区（10）位于GaN缓冲层（2）的上部并与GaN沟道层（3）相连接，且所述GaN缓冲层（2）中设置了离子隔离区（10）后而在GaN缓冲层（2）的底面键合有高导热衬底（11）。2.一种基于离子注入的GaN功率器件的制造方法，该方法用于制造上述权利要求1所述的GaN功率器件，其特征在于包括以下步骤：①利用金属有机化学气相沉积法在生长衬底（1）上依次外延生长GaN缓冲层（2）、GaN沟道层（3）和AlGaN势垒层（4）；②在AlGaN势垒层（4）上使用紫外光刻制备第一次掩膜，作为有源区台面刻蚀的图案，并使用干法刻蚀工艺进行台面刻蚀以实现分立的GaN功率器件，刻蚀深度为50nm～200nm；③通过光刻在AlGaN势垒层（4）上进行第二次掩膜制备，蒸镀源电极和漏电极的金属，并使用有机溶剂进行超声对金属剥离，获得源电极（5）和漏电极（6）的金属图形，且通过快速热退火工艺实现源电极（5）和漏电极（6）与AlGaN势垒层（4）的欧姆接触；④在AlGaN势垒层（4）的表面上沉积厚度为50nm～500nm的钝化层（7），并使用光刻制备掩膜，在钝化层（7）上刻蚀源电极窗口、漏电极窗口以及栅槽；⑤在栅槽中沉积用于形成栅电极（8）的金属，且栅电极（8）与AlGaN势垒层（4）形成肖特基接触；⑥在钝化层（7）的表面上制备一层覆盖了源电极（5）、漏电极（6）和栅电极（8）的绝缘层作为临时转移层（9）；⑦去除生长衬底（1），露出GaN缓冲层（2）的底...

【专利技术属性】
技术研发人员：任远，陈志涛，刘晓燕，刘宁炀，刘久澄，李叶林，
申请(专利权)人：广东省半导体产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44