一种场效应管、其制备方法及开关电路技术

本申请提供了一种场效应管、其制备方法及开关电路，所述场效应管中包括：沟道层、源极、漏极、栅极结构和栅极金属层；栅极结构包括层叠设置的P型氮化镓层和N型氮化镓层，从而利用nGaN/pGaN的反偏二极管取代栅金属/pGaN的肖特基二极管，可以增加场效应管的栅耐压能力，从而提高击穿能力。而P型氮化镓层的掺杂浓度为1×10

【技术实现步骤摘要】
一种场效应管、其制备方法及开关电路
本申请涉及到半导体
，尤其涉及到一种场效应管、其制备方法及开关电路。
技术介绍
场效应管作为电路开关的元器件被广泛应用在各种场景中，而GaN(氮化镓)系材料的场效应管因其材料特性，具有高迁移率，高化学稳定性，能作为更高频的开关应用。GaN场效应管是通过控制沟道的二维电子气通断来达到开关目的。GaN场效应管通常分为2类，一类为常开型场效应管，又称耗尽型场效应管；另一类为常关型场效应管，又称增强型场效应管。但出于用电系统的安全性考虑，一般要求开关器件为常关型器件，目前实现常关型的路线有好几种。现有技术提供的GaN场效应管包括沟道层、源极、漏极、栅极结构及栅极金属层。在使用时，通过栅极金属层给栅极结构供电，并通过栅极结构控制源极和漏极的导通。但是栅极金属层与栅极结构一般为肖特基接触，GaN场效应管中形成两个背靠背二极管，电荷泄放困难导致场效应管阈值电压不稳定；而且栅极金属层与栅极结构之间的肖特基二极管在栅极金属层受正电压偏置条件下，承受较高电压时容易击穿。
技术实现思路
本申请提供了一种场效应管、其制备方法及开关电路，旨在提高场效应管的阈值电压稳定性和击穿能力。第一方面，提供了一种场效应管，场效应管应用于开关电路，作为开关电路的主要器件，用于控制开关电路的打开以及关闭。所述场效应管包括沟道层、源极、漏极、栅极结构及栅极金属层。该场效应管依次包括：沟道层、位于沟道层上的且同层设置的源极、漏极和栅极结构；位于栅极结构上的栅极金属层。其中，栅极结构包括层叠设置的P型氮化镓(pGaN)层和N型氮化镓(nGaN)层，pGaN层位于nGaN层与沟道层之间；从而利用nGaN/pGaN的反偏二极管取代现有技术中的栅金属/pGaN的肖特基二极管进行耐压，可以大幅增加场效应管的栅耐压能力，从而提高击穿能力。另外，栅极金属层与nGaN层欧姆接触，金属与半导体形成欧姆接触是指在接触处是一个纯电阻，而且该电阻越小越好，使得组件操作时，大部分的电压施加在活动区而不在接触面。另外，欧姆接触不存在长期热电子轰击的情况，可靠性较高。通过栅极金属层与栅极结构之间采用欧姆接触，可以改善栅极金属层与栅极结构连接的可靠性，从而提高场效应管的可靠性。栅极结构中，pGaN层的掺杂元素可以为镁(Mg)等，掺杂浓度控制在1×1018cm-3～1×1019cm-3之间，可以降低器件工作时电荷存储效应，使pGaN层中载流子的尽可能的耗尽，避免冗余电荷存储，从而提高器件工作阈值电压稳定性。进一步地，为了降低器件工作时电荷存储效应，可以降低pGaN层的厚度，在本申请中，将pGaN层的厚度控制在50nm～70nm之间，例如为50nm、55nm、60nm、65nm或70nm等，在此不作限定。栅极结构中，nGaN层的掺杂元素可以为硅(Si)或锗(Ge)等，掺杂浓度控制在1×1016cm-3～5×1019cm-3之间，从而降低器件工作时电荷存储效应，使pGaN层中载流子的尽可能的耗尽，避免冗余电荷存储，进而提高器件工作阈值电压稳定性。在具体实施时，nGaN层的厚度可小于或等于40nm，在此不作限定。其中，场效应管中还可以包括衬底，以及设置在所述衬底上的缓冲层，沟道层形成在所述缓冲层上。衬底为场效应管的基本部件，用于承载场效应管的各个功能层。在具体设置时，衬底可采用不同材料制备而成，只需具有一定的支撑强度即可。示例性的，衬底可采用硅、蓝宝石、碳化硅或氮化镓等材料制备而成，即可通过不同的材料制备衬底。作为一个可选的方案，衬底可选用矩形的结构层。但是应理解，本申请实施例提供的衬底的形状不仅限于矩形结构，还可采用其他的形状，如椭圆、多边形等不同的形状，只需具有足够的面积承载场效应管的其他功能层即可。缓冲层设置在衬底上，具体可通过化学气相沉积、外延生长等工艺形成在衬底的表面。缓冲层作为一个可选的结构层。在设置时可根据需要设定缓冲层。如当衬底可直接承载沟道层时，可不设置缓冲层，沟道层可直接形成在衬底上；当沟道层与衬底的材质冲突时，沟道层无法直接形成在衬底上时，则设置缓冲层将衬底与沟道层隔离。此时，缓冲层作为沟道层的承载层。在缓冲层承载沟道层时，一方面可作为承载沟道层的结构层，另一方面，缓冲层还具有一定的弹性形变性能，通过缓冲层可保护设置在其表面的沟道层，提高本申请实施例提供的场效应管的可靠性以及安全性。作为一个可选的方案，缓冲层可采用梯度铝镓氮、超晶格或低温铝氮等材质制备而成。在具体制备场效应管时，可根据需要选择不同的材质制备缓冲层。沟道层为场效应管的功能层，用于形成场效应管的二维电子气。作为一个可选的方案，沟道层包含有层叠设置的氮化镓(GaN)层和铝镓氮(AlGaN)势垒层。在GaN层和AlGaN势垒层的接触面可形成沟道，二维电子气位于GaN层和AlGaN势垒层的接触面。在具体设置沟道层时，GaN层可设置在缓冲层上，如可采用刻蚀或者离子注射的工艺直接成型在缓冲层上。在衬底可直接承载沟道层时，也就说不包括缓冲层时，GaN层可采用刻蚀或者离子注射等工艺直接制备在衬底上。AlGaN势垒层设置在GaN层背离衬底的表面上，在制备时，也可采用上述的刻蚀或者离子注射等工艺制备AlGaN势垒层。除上述结构外，沟道层还可采用其他结构，如沟道层包括有三层结构，分别为氮化镓层、铝镓氮势垒层以及位于氮化镓层和铝镓氮势垒层之间的铝氮层。通过三层结构也可形成沟道。同层设置的源极、漏极和栅极结构为场效应管的功能层。源极、栅极结构和漏极同层设置在沟道层上，并与沟道层电连接。其中，源极和漏极分别用于连接外部电路，栅极结构用于控制沟道的通断。在栅极结构控制沟道导通时，场效应管处于闭合状态，源极和漏极连接的电路可导通；在栅极结构控制沟道断开时，场效应管处于断开状态，源极和漏极连接的电路呈断开态。栅极结构、源极和漏极分别与AlGaN势垒层连接，源极和漏极可通过AlGaN势垒层与沟道连通。而栅极结构可通过AlGaN势垒层与沟道连接，并可吸收位于沟道中的电子。在栅极结构控制沟道导通时，电子位于沟道中，源极和漏极可通过沟道中的电子导通；在栅极结构控制沟道断开时，电子被栅极结构吸收，沟道中没有自由电子，源极和漏极断开。在具体设置源极、漏极和栅极结构时，栅极结构位于源极和漏极之间，并将源极和漏极分隔开。应理解，在具体设置栅极结构、漏极和源极时，栅极结构与源极以及漏极之间间隔设置，以保证栅极结构、源极和漏极之间电隔离。场效应管中，栅极金属层用于与栅极结构连接，并用于给栅极结构施加控制沟道通断的控制电压。可选地，场效应管还可以包括钝化层，钝化层用以保护场效应管中的各个功能层。在设置时，钝化层与铝镓氮势垒层层叠设置。应理解，为保证源极、漏极及栅极结构可与外部电路以及控制电路连接，在设置上述几个结构时，源极、漏极和栅极结构穿过钝化层，并外露在钝化层外。源极、漏极及栅极结构外露的部分可用于与外部电路和控制电路连接。作为一个可选的方案，钝化层可采用氮化硅、氧化铝、硅氧氮或者其他绝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种场效应管，其特征在于，包括：沟道层、与所述沟道层层叠设置的源极、漏极和栅极结构；其中，所述源极、漏极和栅极结构同层设置；/n所述栅极结构包括层叠设置的P型氮化镓层和N型氮化镓层，且所述P型氮化镓层位于所述N型氮化镓层与所述沟道层之间；所述P型氮化镓层的掺杂浓度为1×10

【技术特征摘要】
1.一种场效应管，其特征在于，包括：沟道层、与所述沟道层层叠设置的源极、漏极和栅极结构；其中，所述源极、漏极和栅极结构同层设置；
所述栅极结构包括层叠设置的P型氮化镓层和N型氮化镓层，且所述P型氮化镓层位于所述N型氮化镓层与所述沟道层之间；所述P型氮化镓层的掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1019cm-3；
所述场效应管还包括栅极金属层，所述栅极金属层与所述N型氮化镓层欧姆接触。


2.如权利要求1所述的场效应管，其特征在于，所述P型氮化镓层的厚度大于或等于50nm、且小于或等于70nm。


3.如权利要求1或2所述的场效应管，其特征在于，所述N型氮化镓层的掺杂浓度为1×1016cm-3～5×1019cm-3。


4.如权利要求3所述的场效应管，其特征在于，所述N型氮化镓层的厚度小于或等于40nm。


5.如权利要求1～4任一项所述的场效应管，其特征在于，所述沟道层包括层叠的氮化镓层和铝镓氮势垒层；
所述源极、漏极和所述栅极结构设置在所述铝镓氮势垒层。


6.如权利要求5所述的场效应管，其特征在于，还包括衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：包琦龙，蒋其梦，唐高飞，王汉星，吉尔伯托·库拉托拉，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44