基于插指状p型掺杂金刚石的GaNHEMT及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于插指状p型掺杂金刚石的GaN HEMT及制备方法；该GaN HEMT包括自下而上设置的衬底、中间层和介质层；中间层包括势垒层以及缓冲层；源、漏、栅电极分别穿过介质层与势垒层接触；中间层沿栅宽方向刻蚀有插指型凹槽，插指型凹槽正上方的介质层形成第一插指结构；第一插指结构在水平方向上位于栅电极和漏电极之间并与栅电极相邻；栅、漏电极之间的介质层上生长有p型掺杂金刚石散热层；p型掺杂金刚石散热层的下表面形成第二插指结构；第二插指结构与第一插指结构无缝对接；栅电极的上端向漏电极的方向延伸，以覆盖p型掺杂金刚石散热层的部分上表面。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】
基于插指状p型掺杂金刚石的GaN HEMT及制备方法


[0001]本专利技术属于半导体器件领域，具体涉及基于插指状p型掺杂金刚石的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]GaN作为第三代半导体的代表材料，其应用前景非常广阔。由于GaN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
·
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插指状p型掺杂金刚石的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插指状p型掺杂金刚石的GaN HEMT，包括自下而上设置的衬底、中间层和介质层；所述中间层包括自上而下设置的势垒层以及GaN材质的缓冲层；所述GaN HEMT还包括：源电极、漏电极以及栅电极；其中，
[0007]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；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；
[0008]所述中间层上沿栅宽方向刻蚀有插指型凹槽，所述插指型凹槽正上方的介质层形成第一插指结构；所述第一插指结构在水平方向上位于所述栅电极和所述漏电极之间并与所述栅电极相邻；
[0009]所述栅电极和所述漏电极之间的介质层上表面还生长有p型掺杂金刚石散热层；所述p型掺杂金刚石散热层的下表面形成有第二插指结构；所述第二插指结构与所述第一插指结构无缝对接；
[0010]所述栅电极的上端向所述漏电极的方向延伸，以覆盖所述p型掺杂金刚石散热层的部分上表面。
[0011]优选地，所述p型掺杂金刚石散热层的材质为硼掺杂金刚石。
[0012]优选地，所述p型掺杂金刚石散热层的厚度为0.5μm～1μm。
[0013]优选地，所述p型掺杂金刚石散热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型掺杂金刚石散热层与所述漏电极不接触。
[0014]优选地，所述介质层的材质为SiN层，所述SiN层的厚度为10nm～60nm。
[0015]优选地，所述势垒层的材质为AlGaN(铝镓氮)。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]第二方面，本专利技术提供了一种基于插指状p型掺杂金刚石的GaN HEMT的制备方法，包括：
[0019]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和中间层；所述中间层包括自上而下设置的势垒层以及GaN材质的缓冲层；
[0020]步骤S2：在所述中间层上沿预定的栅宽方向刻蚀出插指型凹槽；
[0021]步骤S3：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；生长完成的介质层在所述插指型凹槽上方形成第一插指结构；
[0022]步骤S4：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p型掺杂金刚石散热层；生长完成的p型掺杂金刚石散热层的下表面形成第二插指结构，所述第二插指结构与所述第一插指结构无缝对接；
[0023]步骤S5：基于金属硬掩模对所述p型掺杂金刚石散热层进行图形化刻蚀；
[0024]步骤S6：制备GaN HEMT的器件电隔离区；
[0025]步骤S7：进一步刻蚀所述介质层，以使下方的势垒层暴露出制备源电极所需的源电极区域、制备漏电极所需的漏电极区域以及制备栅电极所需的栅槽区域；
[0026]步骤S8：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内暴露出的势垒层上制备源电极和漏电极；
[0027]步骤S9：依次利用光刻工艺和金属蒸发沉积工艺，基于所述栅槽区域内暴露出的势垒层制备栅电极；
[0028]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，图形化刻蚀后的所述p型掺杂金刚石散热层位于所述栅电极和所述漏电极之间，所述第一插指结构位于所述栅电极和所述漏电极之间并与所述栅电极相邻。
[0029]优选地，所述p型掺杂金刚石散热层为0.5μm～1μm厚的硼掺杂金刚石层。
[0030]本专利技术提供的基于插指状p型掺杂金刚石的GaN HEMT中，一方面在GaN HEMT的顶部设置了一个p型掺杂金刚石散热层，从而利用了p型掺杂金刚石具有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。再一方面，本专利技术通过在中间层上刻蚀插指型凹槽，使得在介质层形成的第一插指结构与在p型掺杂金刚石散热层形成的第二插指结构无缝对接，从而增加了p型掺杂金刚石散热层与下方热源的接触面积，并且减小了金刚石层与沟道热源的距离，进一步实现了器件结温的有效降低。基于以上三个方面因素的协同作用，使得本专利技术提供的基于插指状p型掺杂金刚石的GaN HEMT，可以有效提高GaN HEMT在微波大功率场景下的散热能力。
[0031]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
[0032]图1是本专利技术实施例提供的一种基于插指状p型掺杂金刚石的GaN HEMT的结构示意图；
[0033]图2是图1的俯视图；
[0034]图3是图1所示的GaN HEMT沿栅宽方向在势垒层上刻蚀的插指型凹槽的示意图；
[0035]图4是本专利技术实施例提供的另一种基于插指状p型掺杂金刚石的GaN HEMT的结构示意图；
[0036]图5是本专利技术实施例提供的一种基于插指状p型掺杂金刚石的GaN HEMT的制备方法流程图；
[0037]图6、图7和图8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。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于插指状p型掺杂金刚石的GaN HEMT，其特征在于，包括自下而上设置的衬底、中间层和介质层；所述中间层包括自上而下设置的势垒层以及GaN材质的缓冲层；所述GaN HEMT还包括：源电极、漏电极以及栅电极；其中，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；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；所述中间层上沿栅宽方向刻蚀有插指型凹槽，所述插指型凹槽正上方的介质层形成第一插指结构；所述第一插指结构在水平方向上位于所述栅电极和所述漏电极之间并与所述栅电极相邻；所述栅电极和所述漏电极之间的介质层上表面还生长有p型掺杂金刚石散热层；所述p型掺杂金刚石散热层的下表面形成有第二插指结构；所述第二插指结构与所述第一插指结构无缝对接；所述栅电极的上端向所述漏电极的方向延伸，以覆盖所述p型掺杂金刚石散热层的部分上表面。2.根据权利要求1所述的GaN HEMT，其特征在于，所述p型掺杂金刚石散热层的材质为硼掺杂金刚石。3.根据权利要求1所述的GaN HEMT，其特征在于，所述p型掺杂金刚石散热层的厚度为0.5μm～1μm。4.根据权利要求1所述的GaN HEMT，其特征在于，所述p型掺杂金刚石散热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型掺杂金刚石散热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，所述介质层的材质为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...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓华，武玫，程可，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：