具有刻蚀停止层的p-GaN有源钝化GaN HEMT器件及其制备方法技术

技术编号：40016655 阅读：7 留言：0更新日期：2024-01-16 16:06

本发明专利技术提供了一种具有刻蚀停止层的p‑GaN有源钝化GaN HEMT器件及其制备方法。其中，GaN HEMT器件，包括：自下而上依次设置的衬底层、GaN缓冲层、GaN沟道层和AlGaN势垒层；沿AlGaN势垒层的上表面设置有源极和漏极；源极和漏极位于AlGaN势垒层的两端；在源极和漏极之间的目标区域自下而上设置有宽度相同的p‑GaN有源钝化层和渐变Al组分AlGaN刻蚀停止层；在渐变Al组分AlGaN刻蚀停止层上的部分区域设置有p‑GaN层，在p‑GaN层上的部分区域设置有栅极；沿漏极内侧壁至源极内侧壁所经过表面覆盖有预设厚度的SiN钝化层，且SiN钝化层未覆盖栅极。通过在p‑GaN有源钝化层和p‑GaN层之间插入渐变Al组分AIGaN刻蚀停止层，利用AIGaN和p‑GaN的不同刻蚀选择比使得p‑GaN层在刻蚀过程中能够实现自停止刻蚀，提高了器件的一致性。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子，具体涉及一种具有刻蚀停止层的p-gan有源钝化ganhemt器件及其制备方法。

技术介绍

1、随着新能源技术的发展，电力电子系统不断向着高效、大功率的方向发展，这也对功率器件提出了更高的要求，为了满足功率电子小型化、高效化的需求，有必要对其性能进行进一步提升。氮化镓器件由于其优异的材料特性成为新一代功率器件的主角，如何进一步提高氮化镓高电子迁移率晶体管的功率性能，提升其稳定性成为研究重点。

2、目前主流的氮化镓功率器件主要有两种，级联型和p型栅增强型，级联型通过耗尽型氮化镓器件与增强型硅功率管连接实现增强型，虽然避免了刻蚀引入的诸多问题，但由于级联会产生引线电感，一定程度上限制了gan器件的高频应用；p型栅增强型通过势垒层上方、栅极下方p型氮化镓帽层耗尽沟道中的电子，这一方案需要刻蚀掉非栅区域的p型氮化镓帽层，由于无法实现精准刻蚀，因此会不可避免地引入刻蚀损伤，影响器件表现。如何实现精准刻蚀，减少刻蚀损伤，提升增强型器件的性能成为问题的关键。

3、目前存在通过界面酸碱处理和保留一定厚度的p-gan层来减少刻蚀损伤、保护势垒层的方案，即通过p-gan的不完全刻蚀避免对algan势垒层的破坏，随后对刻蚀后的器件表面进行酸碱处理提高界面特性，从而获得刻蚀损伤小，性能稳定的p-gan增强型器件。但现实场景下，刻蚀工艺并不是完全可控的，刻蚀过程中很难保证保留的p-gan层的厚度。因此，现有方式并无法有效减小刻蚀损伤，进而对势垒层形成有效保护。

技术实现思路</p>

1、为了解决现有技术中所存在的上述问题，本专利技术提供了一种具有刻蚀停止层的p-gan有源钝化gan hemt器件及其制备方法。

2、本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本专利技术提供了一种具有刻蚀停止层的p-gan有源钝化gan hemt器件，包括：

4、自下而上依次设置的衬底层、gan缓冲层、gan沟道层和algan势垒层；

5、沿所述algan势垒层的上表面设置有源极和漏极；所述源极和所述漏极位于所述algan势垒层的两端；

6、在所述源极和所述漏极之间的目标区域自下而上设置有宽度相同的p-gan有源钝化层和渐变al组分algan刻蚀停止层；在所述渐变al组分algan刻蚀停止层上的部分区域设置有p-gan层，在所述p-gan层上的部分区域设置有栅极；沿所述漏极内侧壁至所述源极内侧壁所经过表面覆盖有预设厚度的sin钝化层，且所述sin钝化层未覆盖所述栅极。

7、可选地，所述p-gan有源钝化层、所述渐变al组分algan刻蚀停止层和所述p-gan层的左侧壁对齐设置，所述p-gan有源钝化层和所述渐变al组分algan刻蚀停止层的宽度小于所述目标区域的宽度，所述p-gan层的宽度小于所述渐变al组分algan刻蚀停止层的宽度，所述栅极的宽度小于所述p-gan层的宽度。

8、可选地，所述渐变al组分algan刻蚀停止层的厚度在3～5nm之间；其中，al的摩尔分数沿着所述渐变al组分algan刻蚀停止层的下表面到上表面，从25％到13％或从28％到15％依次减小。

9、可选地，所述渐变al组分algan刻蚀停止层为p型algan。

10、可选地，所述p-gan有源钝化层的厚度在3～9nm之间，所述p-gan层的厚度在50～80nm之间，所述gan缓冲层厚度在1～4μm之间。

11、可选地，所述渐变al组分algan刻蚀停止层分为左右两个区域，左侧区域的厚度大于右侧区域的厚度，所述p-gan层设置在左侧区域之上，且底面完全占据所述左侧区域。

12、可选地，所述衬底层材料为蓝宝石、si以及sic中任意一种。

13、可选地，所述algan势垒层厚度在13～20nm之间，al摩尔组分为18％。

14、可选地，所述sin钝化层的厚度为100nm。

15、第二方面，本专利技术提供了一种具有刻蚀停止层的p-gan有源钝化gan hemt器件的制备方法，包括：

16、在衬底层上依次向上生长gan缓冲层、gan沟道层、algan势垒层、p-gan有源钝化层、渐变al组分algan刻蚀停止层以及p-gan层；

17、对所述p-gan层、所述渐变al组分algan刻蚀停止层和所述p-gan有源钝化层进行刻蚀，使所述渐变al组分algan刻蚀停止层和所述p-gan有源钝化层宽度相等，并且使所述p-gan层宽度小于所述渐变al组分algan刻蚀停止层的宽度，形成第一当前样品；

18、在所述第一当前样品的所述algan势垒层的两端分别向上生长源极和漏极，形成第二当前样品；

19、在所述第二当前样品的所述p-gan层部分区域向上淀积栅金属层，形成栅极；

20、沿所述漏极内侧壁至所述源极内侧壁所经过表面沉淀预设厚度的sin钝化层，其中，所述sin钝化层未覆盖所述栅极。

21、本专利技术提供了一种具有刻蚀停止层的p-gan有源钝化gan hemt器件及其制备方法。其中，具有刻蚀停止层的p-gan有源钝化gan hemt器件，包括：自下而上依次设置的衬底层、gan缓冲层、gan沟道层和algan势垒层；沿所述algan势垒层的上表面设置有源极和漏极；所述源极和所述漏极位于所述algan势垒层的两端；在所述源极和所述漏极之间的目标区域自下而上设置有宽度相同的p-gan有源钝化层和渐变al组分algan刻蚀停止层；在所述渐变al组分algan刻蚀停止层上的部分区域设置有p-gan层，在所述p-gan层上的部分区域设置有栅极；沿所述漏极内侧壁至所述源极内侧壁所经过表面覆盖有预设厚度的sin钝化层，且所述sin钝化层未覆盖所述栅极。通过在p-gan有源钝化层和p-gan层之间插入渐变al组分aigan刻蚀停止层，利用aigan和p-gan的不同刻蚀选择比使得p-gan层在刻蚀过程中能够实现自停止刻蚀；此外，设置宽度相同的p-gan有源钝化层和渐变al组分algan刻蚀停止层，使得栅极和漏极之间保留的p-gan有源钝化层，可以避免刻蚀在algan势垒层上产生刻蚀损伤，提高了器件的一致性。

22、以下将结合附图及对本专利技术做进一步详细说明。

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【技术保护点】

1.一种具有刻蚀停止层的p-GaN有源钝化GaN HEMT器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的具有刻蚀停止层的p-GaN有源钝化GaN HEMT器件，其特征在于，所述p-GaN有源钝化层、所述渐变Al组分AlGaN刻蚀停止层和所述p-GaN层的左侧壁对齐设置，所述p-GaN有源钝化层和所述渐变Al组分AlGaN刻蚀停止层的宽度小于所述目标区域的宽度，所述p-GaN层的宽度小于所述渐变Al组分AlGaN刻蚀停止层的宽度，所述栅极的宽度小于所述p-GaN层的宽度。

3.根据权利要求1所述的具有刻蚀停止层的p-GaN有源钝化GaN HEMT器件，其特征在于，所述渐变Al组分AlGaN刻蚀停止层的厚度在3～5nm之间；其中，Al的摩尔分数沿着所述渐变Al组分AlGaN刻蚀停止层的下表面到上表面，从25％到13％或从28％到15％依次减小。

4.根据权利要求1所述的具有刻蚀停止层的p-GaN有源钝化GaN HEMT器件，其特征在于，所述渐变Al组分AlGaN刻蚀停止层为p型AlGaN。

5.根据权利要求1所述的具有刻蚀停止层的p

6.根据权利要求1所述的具有刻蚀停止层的p-GaN有源钝化GaN HEMT器件，其特征在于，所述渐变Al组分AlGaN刻蚀停止层分为左右两个区域，左侧区域的厚度大于右侧区域的厚度，所述p-GaN层设置在左侧区域之上，且底面完全占据所述左侧区域。

7.根据权利要求1所述的具有刻蚀停止层的p-GaN有源钝化GaN HEMT器件，其特征在于，所述衬底层材料为蓝宝石、Si以及SiC中任意一种。

8.根据权利要求1所述的具有刻蚀停止层的p-GaN有源钝化GaN HEMT器件，其特征在于，所述AlGaN势垒层厚度在13～20nm之间，Al摩尔组分为18％。

9.根据权利要求1所述的具有刻蚀停止层的p-GaN有源钝化GaN HEMT器件，其特征在于，

10.一种具有刻蚀停止层的p-GaN有源钝化GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括：

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【技术特征摘要】

1.一种具有刻蚀停止层的p-gan有源钝化gan hemt器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的具有刻蚀停止层的p-gan有源钝化gan hemt器件，其特征在于，所述p-gan有源钝化层、所述渐变al组分algan刻蚀停止层和所述p-gan层的左侧壁对齐设置，所述p-gan有源钝化层和所述渐变al组分algan刻蚀停止层的宽度小于所述目标区域的宽度，所述p-gan层的宽度小于所述渐变al组分algan刻蚀停止层的宽度，所述栅极的宽度小于所述p-gan层的宽度。

3.根据权利要求1所述的具有刻蚀停止层的p-gan有源钝化gan hemt器件，其特征在于，所述渐变al组分algan刻蚀停止层的厚度在3～5nm之间；其中，al的摩尔分数沿着所述渐变al组分algan刻蚀停止层的下表面到上表面，从25％到13％或从28％到15％依次减小。

4.根据权利要求1所述的具有刻蚀停止层的p-gan有源钝化gan hemt器件，其特征在于，所述渐变al组分algan刻蚀停止层为p型algan。

5.根据权利要求1所述的具有刻蚀停止...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冲，李嘉卯，马晓华，李昂，刘凯，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：

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