基于AlN基板的p沟道增强型GaN/AlN异质结场效应管及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于AlN基板的p沟道增强型GaN/AlN异质结场效应管及制备方法，该场效应管包括自下而上依次层叠设置的衬底、AlN层、本征GaN层和p

【技术实现步骤摘要】
基于AlN基板的p沟道增强型GaN/AlN异质结场效应管及制备方法


[0001]本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种基于AlN基板的p沟道增强型GaN/AlN异质结场效应管及制备方法。

技术介绍

[0002]宽禁带半导体材料氮化镓(GaN)是第三代半导体的典型代表，具有电子迁移率高、热导率高、高击穿电场和抗辐射能力强等优点，使得基于GaN的异质结(如AlN/GaN)结构的功率器件可获得更高的开关速度、更高的阻断电压、更低的导通损耗以及更高的工作温度等，可以在大功率、高频、高温和辐照等恶劣条件下工作。相比于由GaN分立器件构成的电力电子系统，单片集成技术更具有成本优势，同时可抑制寄生电容和寄生电导问题，有利于提高系统的工作频率、效率以及可靠性。但由于p沟道GaN材料存在迁移率低、掺杂效率低、方阻较大等问题，严重限制了p沟道器件的性能，阻碍了GaN基互补逻辑电路集成化应用。
[0003]最近研究表明，Mg受主杂质不是氮化物半导体产生空穴的必需元素，通过异质结构的极化电场可以获得高浓度的二维空穴气。InGaN/GaN，GaN/AlGaN，GaN/AlInGaN和GaN/AlN等氮化物异质结构都可采用自发/压电极化来诱导空穴。其中，GaN/AlN结构具有最大的全二进制极化不连续性，可产生最高的空穴密度和最低的方阻；还可与高压AlN/GaN/AlN HEMT集成；同时AlN还具有宽带隙和高导热性等特点。因此，基于该结构的p沟道GaN器件在高频CMOS反相器电路中具有广阔的应用前景。
[0004]为了实现p沟道增强型GaN器件，业界已提出多种器件结构，其中比较常用的结构如图1所示。但是，目前针对p沟道增强型GaN器件的研究仍然存在着关态漏电大、亚阈值斜率高、阈值电压偏低等问题，远未体现出GaN基互补逻辑电路的优势。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于AlN基板的p沟道增强型GaN/AlN异质结场效应管及制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术提供了一种基于AlN基板的p沟道增强型GaN/AlN异质结场效应管，包括：
[0007]自下而上依次层叠设置的衬底、AlN层、本征GaN层和p
+
GaN层；
[0008]源电极，设置在所述p
+
GaN层上；
[0009]漏电极，设置在所述p
+
GaN层上，且与所述源电极相对设置；
[0010]n
‑
GaN层，设置在所述本征GaN层和所述p
+
GaN层的内部，且位于所述源电极和所述漏电极之间；
[0011]栅电极，设置在所述n
‑
GaN层上。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述场效应管还包括：钝化层和互联金属，
[0013]其中，
[0014]所述钝化层覆盖在场效应管的表面；
[0015]所述互联金属设置在所述源电极、所述漏电极和所述栅电极上。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述AlN层的厚度为1
‑
5μm。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述本征GaN层的厚度为1
‑
10nm。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述p
+
GaN层为Mg掺杂，其厚度为10
‑
20nm，Mg掺杂浓度为1
×
10
19
cm
‑3‑5×
10
19
cm
‑3。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，所述n
‑
GaN层为Si掺杂，其厚度为30
‑
80nm，Si掺杂浓度为1
×
10
19
cm
‑3‑5×
10
19
cm
‑3。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，高出所述p
+
GaN层的所述n
‑
GaN层部分，分别向所述源电极和所述漏电极所在方向延伸，且不与其接触；
[0021]位于所述本征GaN层和所述p
+
GaN层内部的所述n
‑
GaN层的宽度为所述源电极和所述漏电极间距的30％
‑
80％。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，所述源电极和所述漏电极均为Ni/Au叠层金属，且均与所述p
+
GaN层形成欧姆接触；
[0023]所述栅电极为Ti/Al/Ni/Au叠层金属，且与所述n
‑
GaN层形成欧姆接触；或是为Ni/Au叠层金属，且与所述n
‑
GaN层形成肖特基接触。
[0024]本专利技术提供了一种基于AlN基板的p沟道增强型GaN/AlN异质结场效应管的制备方法，适用于上述任一项实施例所述的基于AlN基板的p沟道增强型GaN/AlN异质结场效应管，包括：
[0025]S1：在衬底上生长依次叠层生长AlN层、本征GaN层和p
+
GaN层；
[0026]S2：对所述p
+
GaN层和所述本征GaN层进行刻蚀，形成栅槽，所述栅槽底部位于所述本征GaN层中；
[0027]S3：在所述栅槽内生长n
‑
GaN层，所述n
‑
GaN层高出所述栅槽；
[0028]S4：采用感应耦合等离子刻蚀工艺进行台面刻蚀，形成器件隔离；
[0029]S5：在所述p
+
GaN层上制备源电极和漏电极；
[0030]S6：在所述n
‑
GaN层上制备栅电极；
[0031]S7：在器件表面淀积钝化层；
[0032]S8：对所述源电极、所述漏电极和所述栅电极上的钝化层进行刻蚀开孔，并在开孔区域淀积金属，形成互联金属。
[0033]在本专利技术的一个实施例中，所述n
‑
GaN层为Si掺杂，其厚度为30
‑
80nm，Si掺杂浓度为1
×
10
19
cm
‑3‑5×
10
19
cm
‑3；
[0034]高出所述栅槽的所述n
‑
GaN层部分，分别向所述源电极和所述漏电极所在方向延伸，且不与其接触。
[0035]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0036]1.本专利技术的基于AlN基板的p沟道增强型GaN/AlN异质结场效应管，在GaN/AlN异质结上设置有n
‑
GaN层，通过调节n
‑
GaN层的掺杂浓度和生长厚度，耗尽p
+
GaN层中的空穴，形成增强型器件，且阈值电压可由n
‑
GaN的厚度和掺杂浓度控制；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于AlN基板的p沟道增强型GaN/AlN异质结场效应管，其特征在于，包括：自下而上依次层叠设置的衬底、AlN层、本征GaN层和p
+
GaN层；源电极，设置在所述p
+
GaN层上；漏电极，设置在所述p
+
GaN层上，且与所述源电极相对设置；n
‑
GaN层，设置在所述本征GaN层和所述p
+
GaN层的内部，且位于所述源电极和所述漏电极之间；栅电极，设置在所述n
‑
GaN层上。2.根据权利要求1所述的基于AlN基板的p沟道增强型GaN/AlN异质结场效应管，其特征在于，还包括：钝化层和互联金属，其中，所述钝化层覆盖在场效应管的表面；所述互联金属设置在所述源电极、所述漏电极和所述栅电极上。3.根据权利要求1所述基于AlN基板的p沟道增强型GaN/AlN异质结场效应管，其特征在于，所述AlN层的厚度为1
‑
5μm。4.根据权利要求1所述基于AlN基板的p沟道增强型GaN/AlN异质结场效应管，其特征在于，所述本征GaN层的厚度为1
‑
10nm。5.根据权利要求1所述基于AlN基板的p沟道增强型GaN/AlN异质结场效应管，其特征在于，所述p
+
GaN层为Mg掺杂，其厚度为10
‑
20nm，Mg掺杂浓度为1
×
10
19
cm
‑3‑5×
10
19
cm
‑3。6.根据权利要求1所述基于AlN基板的p沟道增强型GaN/AlN异质结场效应管，其特征在于，所述n
‑
GaN层为Si掺杂，其厚度为30
‑
80nm，Si掺杂浓度为1
×
10
19
cm
‑3‑5×
10
19
cm
‑3。7.根据权利要求1所述基于AlN基板的p沟道增强型GaN/AlN异质结场效应管，其特征在于，高出所述p
+
GaN层的所述n
‑
GaN层部分，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张苇杭，刘茜，张进成，张金风，付李煜，赵胜雷，黄韧，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：