GaN基垂直型功率晶体管器件制造技术

本公开提供了一种GaN基垂直型功率晶体管器件；其中，所述GaN基垂直型功率晶体管器件，包括：N型GaN衬底；形成于N型GaN衬底上的N型GaN外延层；形成于N型GaN外延层上的Al(In，Ga)N背势垒层；形成于Al(In，Ga)N背势垒层上的薄势垒Al(In,Ga)N/GaN异质结构；形成于所述薄势垒Al(In,Ga)N/GaN异质结构上的钝化层以及栅极和源极，形成于N型GaN衬底上的漏极。本公开GaN基垂直型功率晶体管器件有效降低了GaN基垂直型功率晶体管的工艺难度，从而使其兼容常规GaN基横向器件的工艺，推动了GaN基垂直型功率晶体管在更高电流和功率转换中的应用。

GaN-based Vertical Power Transistor Devices

【技术实现步骤摘要】
GaN基垂直型功率晶体管器件
本公开涉及半导体器件
，尤其涉及一种GaN基垂直型功率晶体管器件。
技术介绍
尽管横向结构GaN基功率晶体管具备大尺寸，低成本以及良好的CMOS工艺兼容性，但是较难获得很高的输出电流，而且不可避免受到由表面态导致的高压电流坍塌等难题的困扰。因此，垂直结构增强型GaN基功率晶体管凭借大输出电流，低电流坍塌等优点，在高压大功率电力电子等应用领域具备很大应用潜力。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本公开提供了一种GaN基垂直型功率晶体管器件，利用N型或P型Al(In，Ga)N背势垒代替常规垂直结构中p-GaN电流阻挡层，提高了器件的击穿电压，使器件具有更好的工艺兼容性，推动了GaN基垂直型功率晶体管在更高电流和功率转换中的应用。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种GaN基垂直型功率晶体管器件，包括：N型GaN衬底；形成于所述N型GaN衬底上的N型GaN外延层；形成于所述N型GaN外延层上的Al(In，Ga)N背势垒层；形成于所述Al(In，Ga)N背势垒层上的薄势垒Al(In，Ga)N/GaN异质结构；形成于所述薄势垒Al(In，Ga)N/GaN异质结构上的钝化层以及栅极和源极，形成于N型GaN衬底上的漏极。在一些实施例中，形成于所述N型GaN衬底上的N型GaN外延层为第一N型GaN外延层；所述薄势垒Al(In，Ga)N/GaN异质结构包括：形成于所述Al(In，Ga)N背势垒层上的第二N型GaN外延层以及形成于所述第二N型GaN外延层上的Al(In，Ga)N薄势垒层。在一些实施例中，所述Al(In，Ga)N背势垒层采用MOCVD、MBE或HVPE工艺制备，厚度介于1nm～1000nm之间，其为N型或者P型掺杂背势垒层；所述薄势垒Al(In，Ga)N/GaN异质结构是采用MOCVD，MBE或HVPE工艺再生长形成。在一些实施例中，所述Al(In，Ga)N背势垒层是AlGaN或AlInN三元合金层，或者是AlInGaN四元合金层；所述再生长薄势垒Al(In，Ga)N/GaN异质结构中Al(In，Ga)N薄势垒层可以是AlGaN或AlInN三元合金层，或者是AlInGaN四元合金，厚度介于0nm至l0nm。在一些实施例中，所述Al(In，Ga)N背势垒层是AlGaN三元合金层，其Al组分介于0～100％之间；或所述Al(In，Ga)N背势垒层是AlInN三元合金层，其Al组分介于0％～100％之间。在一些实施例中，该增强型GaN功率晶体管器件形成有贯穿于所述Al(In，Ga)N背势垒层、或贯穿于所述Al(In，Ga)N背势垒层并伸入所述第一N型GaN外延层的刻蚀图形；所述第二N型GaN外延层形成于含有所述刻蚀图形的Al(In，Ga)N背势垒层上；所述刻蚀图形通过栅槽刻蚀技术(gaterecess)形成。在一些实施例中，所述再生长薄势垒Al(In，Ga)N/GaN异质结构中栅极和源极之间的二维电子气(2-DElectronGas，2-DEG)通过SiN，SiO2或者极性AlN钝化层恢复；所述SiN，SiO2或者极性AlN钝化层采用MOCVD，LPCVD，PECVD或ALD工艺制备。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开GaN基垂直型功率晶体管器件至少具有以下有益效果其中之一：(1)采用Al(In，Ga)N背势垒代替常规垂直结构中p-GaN电流阻挡层，提供了一种电流阻挡能力更强的电流阻挡层，进一步提高了器件的击穿电压。(2)采用Al(In，Ga)N背势垒代替常规垂直结构中p-GaN电流阻挡层，有效降低了GaN基垂直型功率晶体管的工艺难度，从而使其兼容常规GaN基横向器件的工艺。(3)本公开采用薄势垒Al(In，Ga)N/GaN异质结构实现了无需刻蚀Al(In，Ga)N薄势垒的增强型栅结构，推动了GaN基垂直型功率晶体管在更高电流和功率转换中的应用。附图说明通过附图所示，本公开的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本公开的主旨。图1为依据本公开实施例一GaN基垂直型功率晶体管器件的结构示意图。图2为依据本公开实施例二GaN基垂直型功率晶体管器件的结构示意图。图3a-3g为依据本公开实施例三GaN基垂直型功率晶体管器件的制作过程示意图。具体实施方式为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本公开的保护范围。本公开提供了一种GaN基垂直型功率晶体管器件，在较厚的n-GaN外延层上生长一薄层Al(In，Ga)NBackBarrier(背势垒层)，通过栅槽刻蚀技术(gate-recess)将栅极区域的Al(In，Ga)N背势垒层刻蚀掉，利用MOCVD或MBE技术再生长薄势垒结构Al(In，Ga)N(势垒层)/GaN异质结构，之后在异质结构表面淀积一层钝化层，制作源极、栅极和漏极形成晶体管结构。本公开用Al(In，Ga)N背势垒代替常规垂直结构中p-GaN电流阻挡层，提高了器件的击穿电压，使器件具有更好的工艺兼容性，推动了GaN基垂直型功率晶体管在更高电流和功率转换中的应用。实施例一在本实施例中，以形成贯穿于所述Al(In，Ga)N背势垒层的刻蚀图形，以及形成贯穿于所述钝化层和所述Al(In，Ga)N薄势垒层并伸入所述第二轻掺杂N型GaN外延层中的源极区域为例进行说明本公开的GaN基垂直型功率晶体管器件。如图1所示，所述器件包括：重掺杂N型GaN衬底101、所述重掺杂N型GaN衬底101上方生长出的第一轻掺杂N型GaN外延层102、所述第一轻掺杂N型GaN外延层102上方生长出的Al(In，Ga)N背势垒层103、所述Al(In，Ga)N背势垒层103上方生长出的第二轻掺杂N型GaN外延层104、贯穿于所述Al(In，Ga)N背势垒层103的刻蚀图形、所述第二轻掺杂N型GaN外延层104上方生长出的Al(In，Ga)N薄势垒层105、所述Al(In，Ga)N薄势垒层105同所述第二轻掺杂N型GaN外延层104形成的薄势垒Al(In，Ga)N/GaN异质结构、所述薄势垒Al(In，Ga)N/GaN异质结构上方生长出的钝化层106以及栅极107和源极108，以及形成于所述N型GaN衬底上的漏极109。可选地，所述Al(In，Ga)N背势垒层103是采用MOCVD，MBE或HVPE工艺制备的，厚度介于1nm至1000nm，其为N型或者P型掺杂背势垒层。所述Al(In，Ga)N背势垒层可以是AlGaN或AlInN三元合金层，或者是AlInGaN四元合金。其中，Al(In，Ga)N背势垒层若是A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN基垂直型功率晶体管器件，其特征在于，包括：N型GaN衬底；形成于所述N型GaN衬底上的N型GaN外延层；形成于所述N型GaN外延层上的Al(In，Ga)N背势垒层；形成于所述Al(In，Ga)N背势垒层上的薄势垒Al(In，Ga)N/GaN异质结构；形成于所述薄势垒Al(In，Ga)N/GaN异质结构上的钝化层以及栅极和源极，形成于所述N型GaN衬底上的漏极；其中，所述Al(In，Ga)N背势垒层是AlGaN或AlInN三元合金层，或者是AlInGaN四元合金层；所述薄势垒Al(In，Ga)N/GaN异质结构中Al(In，Ga)N薄势垒层是AlGaN或AlInN三元合金层，或者是AlInGaN四元合金。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基垂直型功率晶体管器件，其特征在于，包括：N型GaN衬底；形成于所述N型GaN衬底上的N型GaN外延层；形成于所述N型GaN外延层上的Al(In，Ga)N背势垒层；形成于所述Al(In，Ga)N背势垒层上的薄势垒Al(In，Ga)N/GaN异质结构；形成于所述薄势垒Al(In，Ga)N/GaN异质结构上的钝化层以及栅极和源极，形成于所述N型GaN衬底上的漏极；其中，所述Al(In，Ga)N背势垒层是AlGaN或AlInN三元合金层，或者是AlInGaN四元合金层；所述薄势垒Al(In，Ga)N/GaN异质结构中Al(In，Ga)N薄势垒层是AlGaN或AlInN三元合金层，或者是AlInGaN四元合金。2.根据权利要求1所述的GaN基垂直型功率晶体管器件，其特征在于，形成于所述N型GaN衬底上的N型GaN外延层为第一N型GaN外延层；所述薄势垒Al(In，Ga)N/GaN异质结构包括：形成于所述Al(In，Ga)N背势垒层上的第二N型GaN外延层以及形成于所述第二N型GaN外延层上的Al(In，Ga)N薄势垒层。3.根据权利要求1或2所述的GaN基垂直型功率晶体管器件，其特征在于，所述Al(In，Ga)N背势垒层采用MOCVD、MBE或HVPE工艺制备，厚度介于1nm～1000nm之间，其为N型或者P型掺杂背势垒层；所述薄势垒Al(In，Ga)N/...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新宇，王成森，黄森，王鑫华，康玄武，魏珂，黄健，
申请(专利权)人：捷捷半导体有限公司，中国科学院微电子研究所，
类型：新型
国别省市：江苏,32