具有pGaN插入结构的GaNHEMT器件以及制作方法技术

本发明专利技术提供了一种具有pGaN插入结构的GaNHEMT器件，包括：衬底、沟道层、势垒层、源极金属层、栅极以及漏极金属层；一个或两个以上的第一P型插入结构，形成于P

【技术实现步骤摘要】
具有pGaN插入结构的GaN HEMT器件以及制作方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件领域，尤其涉及一种具有pGaN插入结构的GaN HEMT器件以及制作方法。

技术介绍

[0002]氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)由于具有高击穿电场和低导通电阻，同时，在射频、微波以及功率转换电路中有着巨大的应用前景。GaN的功率器件按照电流的导通方向可以分为横向功率器件和纵向功率器件两种。横向功率器件是指将GaN材料垂直生长在衬底上，然后在材料表面加工出金属电极和栅极结构，由二维电子气(2DEG)形成横向电流路径；纵向则是利用GaN体材料进行导电，形成上下穿通的电流。
[0003]相比于纵向器件，横向器件有着较低导通电阻、更好的热扩撒和更高可靠性等优势，但是横向GaN功率器件的制备涉及材料表面，会在加工过程中引入表面缺陷，加工过程中GaN和AlGaN材料也会受到应力，这制约了GaN横向器件的性能，这些问题已经通过精细的表面处理技术和钝化层的优化得到了很好的解决。
[0004]另一方面，GaN横向功率器件在关断状态下，电势在栅极漏测区陡降，因此最大电场出现在栅极漏测边缘，容易超过GaN材料的本征击穿电场导致器件过早击穿，但是访问区却只承担了极少的压降；这个问题传统的解决方案是采用栅场板和源场板的结构，额外调节访问区的电场分布，提高器件的击穿电压。
[0005]传统的场板结构效果会因器件尺寸的不同而需要调整，降低了器件的设计效率。场板结构引入了额外的电容，会使得器件的频率特性有一定的退化。目前常用的GaN横向功率器件提高击穿电压的思路还是以外部结构来拓展电场在访问区域(access region，即栅漏之间的区域)的分布，降低在栅极漏测的峰值电场强度，但是这种方式依旧无法发挥GaN本征击穿电场的全部潜力。
[0006]因而，为了充发挥GaN本征击穿电场的全部潜力，研发一种新的GaN HEMT器件成为本领域技术人员亟待要解决的技术重点。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种具有pGaN插入结构的GaN HEMT器件以及制作方法，以解决如何在提高器件的击穿电压的同时，充分发挥GaN本征击穿电场的全部潜力的问题。
[0008]根据本专利技术的第一方面，提供了一种具有pGaN插入结构的GaN HEMT器件，包括：
[0009]衬底、沿远离所述衬底方向上依次堆叠于所述衬底上的沟道层与势垒层、源极金属层、栅极以及漏极金属层；其中，所述源极金属层与所述漏极金属层贯穿所述势垒层，且沿第一方向依次排列于所述沟道层的表面；所述第一方向垂直于所述沟道层与所述势垒层的排列方向；所述栅极包括：P
‑
GaN层与栅金属层；所述P
‑
GaN层形成于所述源极金属层与所述漏极金属层之间的所述势垒层表面；
[0010]一个或两个以上的第一P型插入结构；所述第一P型插入结构形成于所述P
‑
GaN层
与所述漏极金属层之间靠近所述P
‑
GaN层的一侧，所述第一P型插入结构贯穿所述势垒层，且伸入所述沟道层的表层中；当所述具有pGaN插入结构的GaN HEMT器件包括所述两个以上的所述第一P型插入结构时，两个以上的所述第一P型插入结构沿第二方向依次排列；所述第二方向垂直于所述第一方向；其中，所述栅金属层形成于所述P
‑
GaN层与所述第一P型插入结构顶端，且连接所述P
‑
GaN层与所述第一P型插入结构；
[0011]隔离层；形成于所述第一P型插入结构与所述沟道层和所述势垒层之间，用于隔离所述第一P型插入结构与沟道二维电子气；
[0012]其中，一个或两个以上的所述第一P型插入结构分别与所述沟道层形成一PN结所述第一P型插入结构中离子的掺杂浓度低于所述p
‑
GaN层中离子的掺杂浓度。
[0013]可选的，所述p
‑
GaN层中掺杂有Mg离子；所述p
‑
GaN层中掺杂的Mg离子的掺杂浓度为3
×
10
19
每立方厘米；
[0014]所述第一P型插入结构中掺杂有Mg离子；所述第一P型插入结构中所述Mg离子的掺杂浓度为3
×
10
17
～3
×
10
19
每立方厘米。
[0015]可选的，所述第一P型插入结构沿所述第三方向的深度为50
‑
150nm；所述第三方向表征了所述沟道层与所述势垒层的堆叠方向；所述第一P型插入结构沿所述第二方向的宽度为0.2
‑
2um；所述第一P型插入结构沿所述第一方向的宽度为0.2
‑
2um。
[0016]可选的，当所述具有pGaN插入结构的GaN HEMT器件包括两个以上的所述第一P型插入结构时，相邻的所述第一P型插入结构之间的间距为0.2
‑
2um。
[0017]可选的，所述第一P型插入结构与所述p
‑
GaN层之间的距离小于或等于0.5LGD；LGD为所述p
‑
GaN层与所述漏极金属层之间的距离。
[0018]可选的，所述隔离层的沿所述第三方向上的厚度为：1
‑
5nm。
[0019]可选的，所述隔离层的材料为：AlN、氧化铝或氮化硅。
[0020]可选的，所述第一P型插入结构的材料是p
‑
GaN。
[0021]可选的，所述具有pGaN插入结构的GaN HEMT器件还包括：
[0022]钝化层；所述钝化层填充于所述源极金属层、所述漏极金属层以及所述栅极金属层之间的空隙中，且覆盖部分所述源极金属层、所述漏极金属层、所述栅极金属层的顶端，以暴露出部分所述源极金属层、所述漏极金属层、所述栅极金属层的顶端；
[0023]若干金属接触层，分别形成于暴露出的部分所述源极金属层、所述漏极金属层、所述栅极金属层的顶端。
[0024]根据本专利技术的第二方面，提供了一种具有pGaN插入结构的GaN HEMT器件的制备方法，用于制作本专利技术第一方面的任一项所述的具有pGaN插入结构的GaN HEMT器件，该方法包括：
[0025]形成所述衬底、所述沟道层、所述P
‑
GaN层以及所述势垒层；所述沟道层与所述势垒层沿远离所述衬底方向上依次堆叠于所述衬底上；所述P
‑
GaN层形成于所述势垒层表面；
[0026]形成所述隔离层与一个或两个以上所述第一P型插入结构；其中，所述第一P型插入结构形成于所述P
‑
GaN层与漏区之间，所述第一P型插入结构贯穿所述势垒层，且伸入所述沟道层的表层中；所述隔离层形成于所述第一P型插入结构与所述沟道层和所述势垒层之间；其中，当所述具有沟槽型pGaN插入结构的GaN HEMT器件包括两个以上的所述第一P型插入结构时，所述第一P型插本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有pGaN插入结构的GaNHEMT器件，其特征在于，包括：衬底、沿远离所述衬底方向上依次堆叠于所述衬底上的沟道层与势垒层、源极金属层、栅极以及漏极金属层；其中，所述源极金属层与所述漏极金属层贯穿所述势垒层，且沿第一方向依次排列于所述沟道层的表面；所述第一方向垂直于所述沟道层与所述势垒层的排列方向；所述栅极包括：P
‑
GaN层与栅金属层；所述P
‑
GaN层形成于所述源极金属层与所述漏极金属层之间的所述势垒层表面；一个或两个以上的第一P型插入结构；所述第一P型插入结构形成于所述P
‑
GaN层与所述漏极金属层之间靠近所述P
‑
GaN层的一侧，所述第一P型插入结构贯穿所述势垒层，且伸入所述沟道层的表层中；当所述具有pGaN插入结构的GaNHEMT器件包括所述两个以上的所述第一P型插入结构时，两个以上的所述第一P型插入结构沿第二方向依次排列；所述第二方向垂直于所述第一方向；其中，所述栅金属层形成于所述P
‑
GaN层与所述第一P型插入结构顶端，且连接所述P
‑
GaN层与所述第一P型插入结构；隔离层；形成于所述第一P型插入结构与所述沟道层和所述势垒层之间，用于隔离所述第一P型插入结构与沟道二维电子气；其中，一个或两个以上的所述第一P型插入结构分别与所述沟道层形成一PN结；所述第一P型插入结构中离子的掺杂浓度低于所述p
‑
GaN层中离子的掺杂浓度。2.根据权利要求1所述的具有pGaN插入结构的GaNHEMT器件，其特征在于，所述p
‑
GaN层中掺杂有Mg离子；所述p
‑
GaN层中掺杂的Mg离子的掺杂浓度为3
×
10
19
每立方厘米；所述第一P型插入结构中掺杂有Mg离子；所述第一P型插入结构中所述Mg离子的掺杂浓度为3
×
10
17
～3
×
10
19
每立方厘米。3.根据权利要求2所述的具有pGaN插入结构的GaNHEMT器件，其特征在于，所述第一P型插入结构沿所述第三方向的深度为50
‑
150nm；所述第三方向表征了所述沟道层与所述势垒层的堆叠方向；所述第一P型插入结构沿所述第二方向的宽度为0.2
‑
2um；所述第一P型插入结构沿所述第一方向的宽度为0.2
‑
2um。4.根据权利要求3所述的具有pGaN插入结构的GaNHEMT器件，其特征在于，当所述具有pGaN插入结构的GaNHEMT器件包括两个以上的所述第一P型插入结构时，相邻的所述第一P型插入结构之间的间距为0.2
‑
2um。5.根据权利要求4所述的具有pGaN插入结构的GaNHEMT器件，其特征在于，所述第一P型插入结构与所述p
‑
GaN层之间的距离小于或等于0.5LGD；LGD为所述p
‑
GaN层与所述漏极金属层之间的距离。6.根据权利要求5所述的具有pGaN插入结构的GaNHEMT器件，其特征在于，所述隔离层的沿所述第三方向上的厚度为：1
‑
5nm。7.根据权利要求6所述的具有pGaN插入结构的GaNHEMT器件，其特征在于，所述隔离层的材料为：AlN、氧化铝或氮化硅。8.根据权利要求7所述的具有pGaN插入结构的GaNHEMT器件，其特征在于，所述第一P型插入结构的材料是p
‑
GaN，。9.根据权利要求8所述的具有pGaN插入结构的GaNHEMT器件，其特征在于，所述具有pGaN插入结构的GaNHEMT器件还包括：钝化层；所述钝化层填充于所述源极金属层、...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘茂林，王路宇，徐敏，王强，张鹏浩，谢欣灵，黄海，钱乐雯，杨妍楠，徐赛生，王晨，张卫，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：