基于超结漏场板的槽栅高压器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超结漏场板的槽栅高压器件及其制作方法，依次包括衬底、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlN隔离层、本征AlGaN层和AlGaN势垒层，所述AlGaN势垒层上间隔依次设有源极、栅极和复合漏极，所述栅极和复合漏极之间、源极和栅极之间还设有线性AlGaN层，栅极与复合漏极之间的线性AlGaN层上设有p-GaN层，p-GaN层上设有基极，栅极位于线性AlGaN层上方的部分还向源极方向形成栅源场板；上述结构的顶层还间隔淀积有钝化层，钝化层的间隔内淀积有加厚电极。本发明专利技术兼顾了器件击穿电压的提高与导通电阻的减小，同时采用槽栅结构，增强了栅极对沟道2DEG的调控作用，提高了器件的频率性能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，依次包括衬底、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlN隔离层、本征AlGaN层和AlGaN势垒层，所述AlGaN势垒层上间隔依次设有源极、栅极和复合漏极，所述栅极和复合漏极之间、源极和栅极之间还设有线性AlGaN层，栅极与复合漏极之间的线性AlGaN层上设有p-GaN层，p-GaN层上设有基极，栅极位于线性AlGaN层上方的部分还向源极方向形成栅源场板；上述结构的顶层还间隔淀积有钝化层，钝化层的间隔内淀积有加厚电极。本专利技术兼顾了器件击穿电压的提高与导通电阻的减小，同时采用槽栅结构，增强了栅极对沟道2DEG的调控作用，提高了器件的频率性能。【专利说明】
本专利技术涉及微电子
，尤其是涉及一种。
技术介绍
近年来以SiC和GaN为代表的第三带宽禁带隙半导体以其禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、饱和电子速度大和异质结界面二维电子气浓度高等特性，使其受到广泛关注。在理论上，利用这些材料制作的高电子迁移率晶体管HEMT、发光二极管LED、激光二极管LD等器件比现有器件具有明显的优越特性，因此近些年来国内外研究者对其进行了广泛而深入的研究，并取得了令人瞩目的研究成果。AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管HEMT在高温器件及大功率微波器件方面已显示出了得天独厚的优势，追求器件高频率、高压、高功率吸引了众多的研究。近年来，制作更高频率高压AlGaN/GaN HEMT成为关注的又一研究热点。由于AlGaN/GaN异质结生长完成后，异质结界面就存在大量二维电子气2DEG，并且其迁移率很高，因此我们能够获得较高的器件频率特性。在提高AlGaN/GaN异质结电子迁移率晶体管击穿电压方面，人们进行了大量的研究，发现AlGaN/GaN HEMT器件的击穿主要发生在栅靠漏端，因此要提高器件的击穿电压，必须使栅漏区域的电场重新分布，尤其是降低栅靠漏端的电场，为此，人们提出了采用场板结构的方法:1.米用场板结构，参见 Yuji Ando, Akio ffakejima, Yasuhiro Okamoto 等的 NovelAlGaN/GaN dual-field-plate FET with high gain, increased linearity and stability, IEDM2005, pp.576-579，2005。在AlGaN/GaN HEMT器件中同时采用栅场板和源场板结构，将器件的击穿电压从单独采用栅场板的125V提高到采用双场板后的250V，并且降低了栅漏电容，提高了器件的线性度和稳定性。2.米用超级结结构，参见 Akira Nakajima, Yasunobu Sumida, Mahesh H 的 GaNbased super heterojunction field effect transistors using the polarizationjunction concept0在该器件结构中同时拥有2DEG和2DH1，当栅极正向偏置时，2DEG的浓度不发生任何变化，因此器件的导通电阻不会增加，当栅极反向偏置时，沟道中的2DEG会由于放电而耗尽，从而提高了器件的击穿电压(从IlOV提高至560V)，而导通电阻为6.1mQ.cm2。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述的不足，提供了一种兼顾了击穿电压的增加和导通电阻的减小，且提高了器件的频率性能的基于超结漏场板的槽栅高压器件。本专利技术的技术方案如下:一种基于超结漏场板的槽栅高压器件，自下而上依次包括衬底、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlN隔离层、本征AlGaN层和AlGaN势垒层，所述AlGaN势垒层上间隔依次设有源极、栅极和复合漏极，所述栅极和复合漏极之间、源极和栅极之间还设有线性AlGaN层，栅极与复合漏极之间的线性AlGaN层上设有p-GaN层，p-GaN层上设有基极，所述栅极位于线性AlGaN层上方的部分还向源极方向延伸，形成栅源场板；所述复合漏极中位于上部以及线性AlGaN层上方的部分，为漏极场板，其他部分为漏极；上述结构的顶层还间隔淀积有钝化层，所述钝化层的间隔内淀积有加厚电极。所述衬底为蓝宝石、碳化硅、GaN和MgO中的一种或多种。所述AlGaN势垒层中Al的组分含量在O~I之间，Ga的组分含量与Al的组分含量之和为I。所述线性AlGaN层中Al的组份含量在O~I之间，且从x线性增加到y，线性AlGaN层的厚度为L，其中任一厚度LI处的Al组分含量为(y-x) XL1/L。所述钝化层内包括SiN、Al2O3和HFO2中的一种或多种。所述栅极和复合漏极之间的ρ-GaN层和线性AlGaN层同时存在的区域宽度(I1X),仅有线性AlGaN层的区域宽度d2>0。所述复合漏极在线性AlGaN层上(即漏极场板在线性AlGaN层上方部分)的宽度d4在O~I μ m之间。所述栅源场板的宽度d≤I μ m。其中，GaN沟道层可以用AlGaN沟道层代替，用AlGaN沟道层时，AlGaN沟道层中Al的组分含量小于AlGaN势垒层中Al的组分含量。本专利技术基于超结漏场板的槽栅高压器件，在栅极与漏极(简称栅漏)之间、栅极与源极(简称栅源)之间的AlGaN势垒层上方外延有线性AlGaN层，而在栅漏间线性AlGaN层的部分区域上方有P-GaN外延层，并且在p-GaN层上制备有电极，该电极与栅极电连接。将栅极和漏极之间P-GaN外延层和线性AlGaN层同时存在的区域称之为第一区域，仅有线性AlGaN层的区域称之为第二区域，栅源间有线性AlGaN层的区域称之为第三区域。这样的结构可以使得器件在导通状态时，即栅极电压≥OV时，三个区域正下方的AlGaN/GaN界面处2DEG浓度的增加几乎完全相同，均大于沟道中的2DEG密度，因此三个区域的电阻均有所减小，器件的导通电阻也得到了降低；当器件处于截止状态时，即栅极电压<阈值电压时，栅下沟道内的2DEG被耗尽，与此同时由于基电极与栅极电连接，因此第一区域正下方的2DEG浓度有所减小，甚至减小为50%，使得器件的耗尽区有所加宽，所能承担高电场的区域得到加宽，器件击穿电压得到提高；此外，第二区域正下方的2DEG浓度与导通状态时完全相同，有利于电场的重新分布，而漏极场板和栅源场板的使用确保电场峰值不会出现在漏极和栅靠近源的边界处，使得器件击穿电压再次得到提高。因此该结构在器件导通时的导通电阻得到减小，而在截止状态时的击穿电压得到提高，兼顾了器件击穿电压的提高与导通电阻的减小，同时器件采用槽栅结构，增强了栅极对沟道2DEG的调控作用，提高了器件的频率性能。上述基于超结漏场板的槽栅高压器件的制作步骤如下:(I)对外延生长的p-GaN/线性AlGaN/AlGaN/GaN材料进行有机清洗的步骤；(2)对清洗干净的AlGaN/GaN材料进行光刻和干法刻蚀，形成有源区台面的步骤；(3)对制备好台面的AlGaN/GaN材料进行光刻，形成p_GaN和线性AlGaN层的刻蚀区，再放入ICP干法刻蚀反应室中，将栅极、源极和漏极上方的P-GaN层以及线性AlGaN层均刻蚀掉，形成栅极和源极之间的第三区域的步骤；(4)对器件进行光刻，然后放入电子束蒸发台中淀积欧姆接触金属Ti/Al/Ni/Au=20/1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超结漏场板的槽栅高压器件，其特征在于，自下而上依次包括衬底、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlN隔离层、本征AlGaN层和AlGaN势垒层，所述AlGaN势垒层上间隔依次设有源极、栅极和复合漏极，所述栅极和复合漏极之间、源极和栅极之间还设有线性AlGaN层，栅极与复合漏极之间的线性AlGaN层上设有p‑GaN层，p‑GaN层上设有基极，所述栅极位于线性AlGaN层上方的部分还向源极方向延伸，形成栅源场板；所述复合漏极中位于上部以及线性AlGaN层上方的部分，为漏极场板，其他部分为漏极；上述结构的顶层还间隔淀积有钝化层，所述钝化层的间隔内淀积有加厚电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯倩，杜锴，马晓华，郑雪峰，代波，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61