GaN HEMT cellular structure of the invention discloses a graphene buried source and vertical gate, source of metal materials and graphene buried heat radiating layer connected by a device using vertical gate structure; transverse trench HEMT devices in the traditional long open mode into longitudinal channel short open mode the gate, by transverse current length of the control channel into the longitudinal current control channel short, devices with gate sidewall channel short to realize switch control, thus effectively reducing the on resistance of the device can be realized; cellular structure of high density, effective utilization area and per unit area of high power density devices at the same time; using graphene superior thermal conductivity rapidly will produce an active region of the device of heat conduction, can contribute to the realization of high power GaN HEMT device, high reliability growth device.
【技术实现步骤摘要】
具有石墨烯掩埋源极和纵向栅极的GaNHEMT元胞结构及制备方法
本专利技术涉及一种新型具有石墨烯掩埋源极和纵向栅极的GaNHEMT元胞结构,属于半导体器件
技术介绍
功率开关器件作为DC/AC、AC/DC、DC/DC以及AC/AC等电能变换器的核心部件,在现代电子设备中具有重要应用需求,是实现相关系统集成控制和保证系统安全性、可靠性、稳定性和高效性的关键核心器件。GaN作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表,与传统的半导体材料Si相比,具有禁带宽度宽、击穿电场大、电子饱和漂移速度高、介电常数小以及良好的化学稳定性等特点。GaN材料异质结构(典型如AlGaN/GaN)界面存在大密度的界面极化电荷,可以诱导出高密度的二维电子气(2DEG)(>1013cm-2)。由于沟道材料无故意掺杂,电子在沟道内能够保持很高的迁移率(>1000cm2V-1s-1)。因此,GaN材料适合制作高电子迁移率晶体管(HEMT),它的导通电阻只有SiC器件的1/2~1/3,比Si器件低三个数量级以上,因此具有更低的开关损耗和更优的频率特性,非常适于研制更高耐压、更大电流、更高频率、更小体积和更恶劣环境的应用,在通讯电源、航空航天、船舶舰载电源等领域具有十分广阔的应用前景。以GaN为代表的III-V族材料异质结构(典型如AlGaN/GaN)界面由于存在高密度带正电的极化电荷,通过极化电场可以诱导材料中的电子并使之束缚在异质结构界面处,形成在二维平面运动的2DEG导电沟道。为了实现GaN材料HEMT器件的常关型操作,目前常规的方法都是基于削弱或者抵消异质结构界面处极化电荷所形成强电 ...
【技术保护点】
具有石墨烯掩埋源极和纵向栅极的GaN HEMT元胞结构的制备方法,其特征在于,包括包括如下步骤:1)放置衬底,在衬底片上生长一层AlN成核层;2)在AlN层上淀积生长一层石墨烯掩埋散热层;3)在石墨烯掩埋层上依次淀积生长AlN隔离层,GaN缓冲层和沟道层,AlGaN势垒层;4)再依次进行GaN器件的制作工艺;5)在制作器件栅极时,采用离子刻蚀技术如ICP等,先刻蚀出栅槽通孔一直刻到露出石墨烯掩埋层;然后先在通孔底部沉积一层厚度10nm‑200nm的掩埋源极金属,源掩埋金属的厚度要高出AlN隔离层并与GaN沟道区域形成欧姆接触,金属材料选用孔填充能力较好的材料;然后在栅通孔里淀积一层栅介质层,栅介质层的厚度为10‑50nm,栅介质层是单层或者多层栅极介质层材料;6)器件内部元胞结构都完成后,在整个器件有源区边缘刻蚀露出石墨烯层,并用金属与器件背面相连,并将连接用所述金属烧结到背板和热沉上。
【技术特征摘要】
1.具有石墨烯掩埋源极和纵向栅极的GaNHEMT元胞结构的制备方法,其特征在于,包括包括如下步骤:1)放置衬底,在衬底片上生长一层AlN成核层;2)在AlN层上淀积生长一层石墨烯掩埋散热层;3)在石墨烯掩埋层上依次淀积生长AlN隔离层,GaN缓冲层和沟道层,AlGaN势垒层;4)再依次进行GaN器件的制作工艺;5)在制作器件栅极时,采用离子刻蚀技术如ICP等,先刻蚀出栅槽通孔一直刻到露出石墨烯掩埋层;然后先在通孔底部沉积一层厚度10nm-200nm的掩埋源极金属,源掩埋金属的厚度要高出AlN隔离层并与GaN沟道区域形成欧姆接触,金属材料选用孔填充能力较好的材料;然后在栅通孔里淀积一层栅介质层,栅介质层的厚度为10-50nm,栅介质层是单层或者多层栅极介质层材料;6)器件内部元胞结构都完成后,在整个器件有源区边缘刻蚀露出石墨烯层,并用金属与器件背面相连,并将连接用所述金属烧结到背板和热沉上。2.如权利要求1所述的具有石墨烯掩埋源极和纵向栅极的GaNHEMT元胞结构的制备方法,其特征在于,步骤1)中所述AlN层厚度为1至100纳米之间。3.如权利要求1所述的具有石墨烯掩埋源极和纵向栅极的GaNHEMT元胞结构的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述石墨烯掩埋散热层厚度在1至100纳米之间。4....
【专利技术属性】
技术研发人员:袁俊,李百泉,倪炜江,张敬伟,牛喜平,李明山,耿伟,徐妙玲,
申请(专利权)人:北京华进创威电子有限公司,
类型:发明
国别省市:北京,11
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