基于p型掺杂金刚石散热层的GaNHEMT及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于p型掺杂金刚石散热层的GaN HEMT及制备方法；该GaN HEMT包括自下而上设置的衬底、GaN材质的缓冲层、势垒层、介质层以及顶部散热层，还包括：源电极、漏电极以及栅电极；其中，在水平方向上，所述栅电极位于所述源电极和所述漏电极之间，所述顶部散热层位于所述栅电极和所述漏电极之间并与所述栅电极相接触；所述源电极、所述漏电极以及所述栅电极分别穿过所述介质层与所述势垒层相接触；所述栅电极的上端向所述漏电极的方向延伸，以覆盖所述顶部散热层的部分表面；所述顶部散热层为p型掺杂金刚石层。本发明专利技术可以提高GaN HEMT在微波大功率场景下的散热能力。HEMT在微波大功率场景下的散热能力。HEMT在微波大功率场景下的散热能力。

【技术实现步骤摘要】
基于p型掺杂金刚石散热层的GaN HEMT及制备方法


[0001]本专利技术属于半导体器件领域，具体涉及基于p型掺杂金刚石散热层的 GaN(氮化镓)HEMT(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管) 及制备方法。

技术介绍

[0002]氮化镓作为第三代半导体的代表材料，其应用前景非常广阔。由于氮化镓禁带宽度大，电子饱和速度高等特点，使其在军事、航空航天、通讯等高频大功率领域有其独特优势。随着半导体器件集成度越来越高，伴随的高产热现象也不可避免，器件的自热效应积累不仅会使器件饱和电流、跨导等基本性能下降，更严重时可能会使器件失效。
[0003]GaN自身的热导率只有130W/(m
·
K)(瓦/米
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开尔文)，目前的GaN HEMT中，常用的衬底主要包括SiC(碳化硅)衬底、Si(硅)衬底以及蓝宝石衬底等等。其中，即便是采用高热导率的SiC衬底，也远不能满足未来微波大功率场景下的GaN效应管对散热的需求。

技术实现思路

[0004]为了进一步提高GaN HEMT在微波大功率场景下的散热能力，本专利技术提供了一种基于p型掺杂金刚石散热层的GaN HEMT及制备方法。
[0005]本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种基于p型掺杂金刚石散热层的GaN HEMT，包括自下而上设置的衬底、GaN材质的缓冲层、势垒层、介质层以及顶部散热层，还包括：源电极、漏电极以及栅电极；其中，
[0007]在水平方向上，所述栅电极位于所述源电极和所述漏电极之间，所述顶部散热层位于所述栅电极和所述漏电极之间并与所述栅电极相接触；
[0008]所述源电极、所述漏电极以及所述栅电极分别穿过所述介质层与所述势垒层相接触；
[0009]所述栅电极的上端向所述漏电极的方向延伸，以覆盖所述顶部散热层的部分表面；所述顶部散热层为p型掺杂金刚石层。
[0010]优选地，所述p型掺杂金刚石层为硼掺杂金刚石层。
[0011]优选地，所述p型掺杂金刚石层的厚度为0.5μm～1μm。
[0012]优选地，所述p型掺杂金刚石层的长度大于或等于所述栅电极和所述漏电极之间的水平间距的50％，且所述p型掺杂金刚石层与所述漏电极不接触。
[0013]优选地，所述介质层为SiN层；所述SiN层的厚度为10nm～60nm。
[0014]优选地，所述势垒层的材质为AlGaN(铝镓氮)。
[0015]优选地，所述源电极和所述漏电极均为由钛、铝、镍以及金自下而上组成的四层金属堆栈结构。
[0016]优选地，所述栅电极为由镍和金自下而上组成的双层金属堆栈结构。
[0017]第二方面，本专利技术提供了一种基于p型掺杂金刚石散热层的GaN HEMT 的制备方
法，包括：
[0018]步骤S1：获取外延衬底；所述外延衬底包括自下而上设置的衬底、缓冲层以及势垒层；所述缓冲层的材质为GaN；
[0019]步骤S2：利用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)工艺在所述势垒层上生长介质层；
[0020]步骤S3：利用MPCVD(Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition，微波等离子体化学气相沉积)工艺在所述介质层上生长顶部散热层；所述顶部散热层为p型掺杂金刚石层；
[0021]步骤S4：基于金属硬掩模对所述p型掺杂金刚石层进行图形化刻蚀，以暴露出部分区域的介质层；
[0022]步骤S5：制备GaN HEMT的器件电隔离区；
[0023]步骤S6：对所述部分区域的介质层进行刻蚀，以使所述势垒层暴露出制备栅电极所需的栅槽区域、制备源电极所需的源电极区域以及制备漏电极所需的漏电极区域；其中，在水平方向上，所述栅槽区域位于所述源电极区域和所述漏电极区域之间，图形化刻蚀后的所述p型掺杂金刚石层位于所述栅槽区域和所述漏电极区域之间并与所述栅槽区域相邻；
[0024]步骤S7：依次利用光刻工艺和金属蒸发沉积工艺，在所述源电极区域和所述漏电极区域上制备源电极和漏电极；
[0025]步骤S8：依次利用光刻工艺和金属蒸发沉积工艺，基于所述栅槽区域制备栅电极。
[0026]优选地，所述p型掺杂金刚石层为0.5μm～1μm厚的硼掺杂金刚石层。
[0027]本专利技术提供的基于p型掺杂金刚石散热层的GaN HEMT中，一方面在 GaN HEMT的顶部设置了一个p型掺杂金刚石层，利用金刚石的高热导率特性实现了有效散热；另一方面，本专利技术通过p型掺杂金刚石与GaN HEMT的导电沟道2DEG(two-dimensional electron gas，二维电子气)相互作用，可以降低栅电极管脚处的电场峰值，使沟道中电场分布更加均匀，即对GaN HEMT 的产热实现了调制。基于以上两个方面的相互协同作用，本专利技术提供的基于 p型掺杂金刚石散热层的GaN HEMT，可以有效提高GaN HEMT在微波大功率场景下的散热能力。
[0028]以下将结合附图及对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0029]图1是本专利技术实施例提供的一种基于p型掺杂金刚石散热层的GaN HEMT的结构示意图；
[0030]图2是图1的俯视图；
[0031]图3是本专利技术实施例提供的另一种基于p型掺杂金刚石散热层的GaN HEMT的结构示意图；
[0032]图4是本专利技术实施例提供的一种基于p型掺杂金刚石散热层的GaN HEMT的制备方法流程图；
[0033]图5和图6共同构成了本专利技术实施例中制备GaN HEMT的完整过程示意图。
具体实施方式
[0034]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0035]为了提高GaN HEMT在微波大功率场景下的散热能力，本专利技术实施例提供了一种基于p型掺杂金刚石散热层的GaN HEMT。图1示例性的示出了该GaN HEMT的前视图，图2示例性的示出了该GaN HEMT的俯视图；参见图1和图2所示，该GaN HEMT包括自下而上设置的衬底、缓冲层、势垒层、介质层以及顶部散热层，该顶部散热层为p型掺杂金刚石层，该缓冲层的材质为GaN；该GaN HEMT还包括：源电极、漏电极以及栅电极，分别用符号S、D和G进行表示。
[0036]其中，在水平方向上，栅电极位于源电极和漏电极之间，顶部散热层位于栅电极和漏电极之间并与栅电极相接触；源电极、漏电极以及栅电极分别穿过介质层与势垒层相接触；栅电极的上端向漏电极的方向延伸，以覆盖顶部散热层的部分表面；顶部散热层为p型掺杂金刚石层。
[0037]需要说明的是，GaN HEMT工作在高压下时，需要承受极高的漏极电压，耗尽区的正电中心会产生由正电中心出发指向低电位的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于p型掺杂金刚石散热层的GaN HEMT，其特征在于，包括自下而上设置的衬底、GaN材质的缓冲层、势垒层、介质层以及顶部散热层，还包括：源电极、漏电极以及栅电极；其中，在水平方向上，所述栅电极位于所述源电极和所述漏电极之间，所述顶部散热层位于所述栅电极和所述漏电极之间并与所述栅电极相接触；所述源电极、所述漏电极以及所述栅电极分别穿过所述介质层与所述势垒层相接触；所述栅电极的上端向所述漏电极的方向延伸，以覆盖所述顶部散热层的部分表面；所述顶部散热层为p型掺杂金刚石层。2.根据权利要求1所述的GaN HEMT，其特征在于，所述p型掺杂金刚石层为硼掺杂金刚石层。3.根据权利要求1所述的GaN HEMT，其特征在于，所述p型掺杂金刚石层的厚度为0.5μm～1μm。4.根据权利要求1所述的GaN HEMT，其特征在于，所述p型掺杂金刚石层的长度大于或等于所述栅电极和所述漏电极之间的水平间距的50％，且所述p型掺杂金刚石层与所述漏电极不接触。5.根据权利要求1所述的GaN HEMT，其特征在于，所述介质层为SiN层；所述SiN层的厚度为10nm～60nm。6.根据权利要求1所述的GaN HEMT，其特征在于，所述势垒层的材质为AlGaN。7.根据权利要求1所述的GaN HEMT，其特征在于，所述源电极和所述漏电极均为由钛、铝、镍以及金自下而上组成的四层金属堆栈结构。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓华，程可，武玫，朱青，张濛，侯斌，杨凌，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：