一种新型P-GaN栅结构的增强型器件及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种新型P‑GaN栅结构的增强型器件及其制作方法。所述器件包括衬底，还包括在衬底一侧依次设置的成核层、缓冲层、势垒层、P‑GaN层、栅金属层；所述P‑GaN层在所述势垒层上的投影小于所述势垒层靠近所述P‑GaN层一侧的界面，所述P‑GaN层中部设置有凹槽；所述栅金属层靠近所述P‑GaN层的一侧具有与所述凹槽相适应的凸起，所述凸起插入所述凹槽。所述方法包括：将基底材料的P‑GaN原始层刻蚀为设定大小的P‑GaN层；所述基底材料包括衬底，以及在所述衬底一侧依次设置的成核层、缓冲层、势垒层、P‑GaN原始层；在所述P‑GaN层上刻蚀凹槽；在所述P‑GaN层上制作栅金属层，所述栅金属层的材料填充所述凹槽；所述方法还包括：在势垒上制作源极和漏极。本发明专利技术能够增强器件的栅控能力。

【技术实现步骤摘要】
一种新型P-GaN栅结构的增强型器件及其制作方法
本专利技术涉及微电子
，尤其涉及一种新型P-GaN栅结构的增强型器件及其制作方法。
技术介绍
以GaN、GaAs等材料为基础，再结合AlGaN、InGaN等材料形成的异质结构器件，由于自发极化与压电极化的存在，在异质结构界面处通常存在高密度、高迁移率的电子，这种特点使得该异质结构适合应用于高频率、大功率电子器件。由于大量高迁移率电子的存在，这种器件在外界没加任何电压偏置的时候，沟道处于导通状态，被称为耗尽型器件。在实际的使用中，考虑到降低静态功耗、实现高速逻辑电路等需要，我们往往还需要使器件在无外界偏压下的沟道处于关断状态，这类零偏压下的常关型器件称为增强型器件。目前，实现增强型器件的方法有多种，其中在栅金属层与势垒层之间插入P-GaN层的方法受到了广泛的应用，使用该方法所得到的增强型器件具有阈值电压大，栅泄漏电流小，导通电阻小，饱和漏电流大等优点。其原理是，插入到栅金属层与势垒层之间的P-GaN层可以将异质结界面处的能带提高，使得导带位于费米能级之上，从而将栅金属层下方沟道处的二维电子气耗尽，实现了增强型器件。P-GaN栅结构的增强型器件虽然在很多方面都表现出了优越的性能，但在实际应用中发现，由于在栅金属层与势垒层之间插入了P-GaN层，增加了栅金属层到沟道区的距离，从而使这种增强型器件的栅控能力有所下降，阻碍了其在高频领域内的应用。一般情况下，可通过减薄P-GaN层来改善器件的栅控能力，但是过薄P-GaN层会影响到器件的阈值电压，从而丧失了增强型器件的功能。随着第三代半导体器件的快速发展，增强型器件在高频领域内的应用越来越广泛，对于器件的性能要求也越来越高。为了在不改变阈值电压的情况下改善P-GaN栅金属层增强型器件的性能，提高它的高频特性，需要一种有效的改进方法来提高P-GaN栅结构的增强型器件的栅控能力。
技术实现思路
因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本专利技术提出了一种新型P-GaN栅结构的增强型器件及其制作方法，在实现增强型器件的同时，具有较高的栅控能力。基于上述目的本专利技术提供的新型P-GaN栅结构的增强型器件，包括衬底，还包括在衬底一侧依次设置的成核层、缓冲层、势垒层、P-GaN层、栅金属层；所述势垒层在所述缓冲层上的投影小于所述缓冲层靠近所述势垒层一侧的界面；所述P-GaN层在所述势垒层上的投影小于所述势垒层靠近所述P-GaN层一侧的界面，所述P-GaN层中部设置有凹槽；所述栅金属层材料靠近所述P-GaN层的一侧具有与所述凹槽相适应的凸起，所述凸起插入所述凹槽；所述势垒层上还设置有源极和漏极，所述源极、漏极和所述势垒层设置于所述缓冲层的同一侧。可选的，所述凹槽为圆形凹槽、椭圆形凹槽、扇形凹槽、多边形凹槽中的一种。可选的，所述凹槽的深度大于所述P-GaN层的厚度。可选的，所述凹槽的深度不超过所述P-GaN层的厚度。可选的，还包括钝化层；所述钝化层在所述势垒层上的投影落入所述势垒层靠近所述P-GaN层一侧未经所述P-GaN层覆盖的区域。同时，本专利技术还提供了一种新型P-GaN栅结构的增强型器件的制作方法，包括：将基底材料的P-GaN原始层刻蚀为设定大小的P-GaN层；所述基底材料包括衬底，以及在所述衬底一侧依次设置的成核层、缓冲层、势垒层、P-GaN原始层；在所述P-GaN层上刻蚀凹槽；在所述P-GaN层上制作栅金属层，所述栅金属层的材料填充所述凹槽；所述方法还包括：在势垒层上制作源极和漏极。可选的，所述在势垒层上制作源极和漏极的步骤具体包括：在所述势垒层的两端沉积源漏极金属；对沉积的源漏极金属进行快速热退火，源极和漏极的金属材料渗透势垒层，与缓冲层接触，在经过渗透的势垒层边缘分别形成源极和漏极。可选的，所述在所述P-GaN层上制作栅金属层的步骤之后，还包括：分别在栅金属层与源极之间、栅金属层与漏极之间的势垒层上淀积钝化层。可选的，所述基底材料为III-V族化合物半导体材料。可选的，所述方法还包括：采用化学气相淀积技术或分子束外延技术、蒸发技术和溅射技术中的一种，在钝化层、栅金属层、源极和漏极远离所述缓冲层的一侧沉积保护层，所述保护层材料用SiO2、SiN、TiO2或绝缘材料。本专利技术实施例提供的新型P-GaN栅结构的增强型器件及其制作方法，在不改变P-GaN层整体厚度的情况下，缩短了栅金属层和势垒层之间的距离，相比于传统的P-GaN栅结构的增强型器件，在保证阈值电压的稳定的前提下，栅控能力大大提升。同时，本专利技术相比于传统的制作P-GaN栅结构的增强型器件，由于仅需要在P-GaN材料上增加凹槽刻蚀步骤，所以可以和传统制作工艺兼容，制作过程简单，不会明显提升制造难度。通过以下参考附图的详细说明，本专利技术的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本专利技术的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅试图概念地说明此处描述的结构和流程。附图说明下面将结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细的说明。图1为本专利技术实施例提供的新型P-GaN栅结构的增强型器件主要结构的示意图；图2为本专利技术实施例提供的P-GaN栅结构增强型器和普通的P-GaN栅结构的增强型器件的转移曲线仿真结果示意图，其中横坐标表示栅极电压，纵坐标表示漏极电流；图3为本专利技术实施例提供的P-GaN栅结构增强型器和普通的P-GaN栅结构的增强型器件的跨导曲线仿真对比图，其中横坐标表示栅极电压，纵坐标表示跨导。图4为本专利技术实施例提供的新型P-GaN栅结构的增强型器件的制作方法主要步骤示意图；图5为本专利技术实施例提供的新型P-GaN栅结构的增强型器件的P-GaN层和栅金属层示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。本专利技术实施例提供的新型P-GaN栅结构的增强型器件，主要组成部分如图1所示，图1为本专利技术实施例提供的新型P-GaN栅结构的增强型器件主要结构的示意图，包括衬底3301，还包括在衬底一侧依次设置的成核层3302、缓冲层3303、势垒层3304、P-GaN层3305、栅金属层3306；所述势垒层3304在所述缓冲层3303上的投影小于所述缓冲层3303靠近所述势垒层3304一侧的界面；即势垒层3304在缓冲层3303上的投影面落入缓冲层3303靠近势垒层3304一侧的界面的范围内；所述P-GaN层3305在所述势垒层3304上的投影小于所述势垒层3304靠近所述P-GaN层3305一侧的界面，所述P-GaN层3305中部设置有凹槽3307；即P-GaN层3305在所述势垒层3304上的投影面落入势垒层3304靠近所述P-GaN层3305一侧的界面的范围内；所述栅金属层3306靠近所述P-GaN层3305的一侧具有与所述凹槽3307相适应的凸起，所述凸起插入所述凹槽3307；所述势垒层3304上还设置有源极3308和漏极3309，经过退火后，源极3308和漏极3309渗透到缓冲层3303，所述源极3308、漏极3309和所述势垒层3304设置于所述缓冲层3303的同一侧。本专利技术实施例中，缓冲层3303、势垒层3304本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型P‑GaN栅结构的增强型器件，其特征在于，包括衬底，还包括在衬底一侧依次设置的成核层、缓冲层、势垒层、P‑GaN层、栅金属层；所述势垒层在所述缓冲层上的投影小于所述缓冲层靠近所述势垒层一侧的界面；所述P‑GaN层在所述势垒层上的投影小于所述势垒层靠近所述P‑GaN层一侧的界面，所述P‑GaN层中部设置有凹槽；所述栅金属层靠近所述P‑GaN层的一侧具有与所述凹槽相适应的凸起，所述凸起插入所述凹槽；所述势垒层上还设置有源极和漏极，所述源极、漏极和所述势垒层设置于所述缓冲层的同一侧。

【技术特征摘要】
1.一种新型P-GaN栅结构的增强型器件，其特征在于，包括衬底，还包括在衬底一侧依次设置的成核层、缓冲层、势垒层、P-GaN层、栅金属层；所述势垒层在所述缓冲层上的投影小于所述缓冲层靠近所述势垒层一侧的界面；所述P-GaN层在所述势垒层上的投影小于所述势垒层靠近所述P-GaN层一侧的界面，所述P-GaN层中部设置有凹槽；所述栅金属层靠近所述P-GaN层的一侧具有与所述凹槽相适应的凸起，所述凸起插入所述凹槽；所述势垒层上还设置有源极和漏极，所述源极、漏极和所述势垒层设置于所述缓冲层的同一侧。2.根据权利要求1所述的新型P-GaN栅结构的增强型器件，其特征在于，所述凹槽为圆形凹槽、椭圆形凹槽、扇形凹槽、多边形凹槽中的一种。3.根据权利要求1所述的新型P-GaN栅结构的增强型器件，其特征在于，所述凹槽的深度大于所述P-GaN层的厚度。4.根据权利要求1所述的新型P-GaN栅结构的增强型器件，其特征在于，所述凹槽的深度不超过所述P-GaN层的厚度。5.根据权利要求1所述的新型P-GaN栅结构的增强型器件，其特征在于，还包括钝化层；所述钝化层在所述势垒层上的投影落入所述势垒层靠近所述P-GaN层一侧未经所述P-GaN层覆盖的区域。6.一种新型P-GaN栅结构的增强型器件的制作方法，其特征在于，包括：将基底材料的P-GaN原始层刻蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑雪峰，陈轶昕，王士辉，吉鹏，马晓华，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61