P型栅HEMT器件制造技术

本发明专利技术公开了一种P型栅HEMT器件。包括：由下至上依次设置有衬底、缓冲层、沟道层、势垒层；第一P型材料层设置在势垒层上，第一源极和第一漏极设置在第一P型材料层两侧；第一导电层设置在第一P型材料层上；第二P型材料层与第一P型材料层连接；第二导电层连接第二P型材料层；第三导电层连接第二P型材料层；第一P型材料层、第一源极、第一漏极和第一导电层用于构成常关型N沟道晶体管；第二P型材料层、第二导电层和第三导电层用于构成常开型P沟道晶体管。通过在GaN HEMT的基础上设置P沟道常开型晶体管,增大了阈值电压和其调节范围，且消除了原P型栅GaN HEMT栅区中的P型材料层中，由等效电荷总量变化所引入的阈值漂移。效电荷总量变化所引入的阈值漂移。效电荷总量变化所引入的阈值漂移。

【技术实现步骤摘要】
P型栅HEMT器件


[0001]本专利技术涉及晶体管
，尤其是涉及一种P型栅HEMT器件。

技术介绍

[0002]氮化镓(GaN)具有卓越的材料特性优势，比如宽禁带(3.4eV)，高击穿电场，高电子饱和速度和高电子迀移率。由于这些材料特性，基于氮化镓的电力电子器件相对于传统的硅器件具有更为优良的性能，包括耐高温、高频率、高速度等优点，通常用来制作高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)。由于氮化镓铝势垒层的自发极化，在氮化镓铝和氮化镓的界面处，有一层高浓度的二维电子气形成。该层二维电子气作为沟道可以实现氮化镓器件的低导通电阻特性，但导致了氮化镓器件的常开型状态。出于对失效安全和简化驱动电路设计的需求，常关型器件在电路应用中的需求更为迫切。
[0003]相关技术中的常关型GaN HEMT的实现方法包括氟离子注入、与一个常关型硅基器件共源共栅连接、引入P型氮化镓或氮化镓铝帽层、减薄栅区域势垒层等方法。其中在栅区域引入P型氮化镓或氮化镓铝帽层耗尽二维电子气的做法已经在产业中得到应用，但是得到的P型栅GaN HEMT的阈值电压普遍小于2V，这对驱动电路提出了严苛的要求。因为在高速开关的过程中，寄生参数引起的栅压震荡，使得栅电压很容易超过阈值电压，从而引起误开启。目前P型栅GaN HEMT驱动电路往往需要提供负栅压来完全关断器件，极大增加驱动电路复杂性且降低系统可靠性。此外P型栅GaN HEMT中P
‑
GaN层的电荷平衡极易被打破，比如出现空穴富余或缺乏。由于P
‑
GaN层处于半浮空状态，电荷平衡难以快速恢复，导致阈值电压的漂移。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种P型栅HEMT器件，能够增大阈值电压和其调节范围，并消除由栅极P型材料层中电荷总量变化引入的阈值漂移。
[0005]根据本专利技术的第一方面实施例的P型栅HEMT器件，包括：由下至上依次设置有衬底、缓冲层、沟道层、势垒层；第一P型材料层，所述第一P型材料层设置在所述势垒层上，第一源极和第一漏极设置在所述第一P型材料层两侧；第一导电层，所述第一导电层设置在所述第一P型材料层上；第二P型材料层，所述第二P型材料层与所述第一P型材料层连接；第二导电层，所述第二导电层连接所述第二P型材料层；第三导电层，所述第三导电层连接所述第二P型材料层；所述第一P型材料层、所述第一源极、所述第一漏极和所述第一导电层用于构成常关型N沟道晶体管；所述第二P型材料层、所述第二导电层和所述第三导电层用于构成常开型P沟道晶体管。
[0006]根据本专利技术实施例的P型栅HEMT器件，至少具有如下有益效果：通过在GaN HEMT的基础上设置常开型P沟道晶体管,增大了阈值电压和其调节范围，且消除了原P型栅GaN HEMT栅区中的P型材料层中，由等效电荷总量变化所引入的阈值漂移。
[0007]根据本专利技术的一些实施例，所述第二导电层与所述第一导电层连接。
[0008]根据本专利技术的一些实施例，所述第三导电层的一端连接所述第二P型材料层，另一端连接所述第一源极。
[0009]根据本专利技术的一些实施例，还包括N型材料层，所述N型材料层的一端连接所述第三导电层，另一端连接所述第二P型材料层。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，所述第二P型材料层上设置有沟槽，所述第二导电层设置在所述沟槽上。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，还包括介质层，所述介质层一端连接所述第二P型材料层，另一端连接所述第二导电层，所述介质层的材料包括：氧化铝、氧化硅、氮化硅、氮化铝、氮氧化镓、氮氧化铝、氮氧化硅、氧化铪、氧化钇中的至少一种。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，所述第一导电层设置为金属材料，用于与所述第一P型材料层形成肖特基接触。
[0013]根据本专利技术的一些实施例，所述第二P型材料层与所述势垒层连接。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，所述第一P型材料层与所述第二P型材料层的材料相同，所述第一P型材料层的材料包括：氮化镓、氮化铝、氮化镓铝、氮化镓铟中的至少一种。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，所述势垒层的材料包括氮化镓、氮化铝、氮化镓铝中的至少一种。
[0016]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0017]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明，其中：
[0018]图1为本专利技术实施例P型栅HEMT器件的主视图；
[0019]图2为本专利技术实施例P型栅HEMT器件的俯视图；
[0020]图3为本专利技术实施例P型栅HEMT器件的左视图；
[0021]图4为本专利技术实施例P型栅HEMT器件的等效电路图；
[0022]图5为本专利技术实施例P型栅HEMT器件的局部立体图；
[0023]图6为本专利技术实施例P型栅HEMT器件不同沟槽深度的转移特性曲线图。
[0024]附图标记：
[0025]衬底110、缓冲层120、沟道层130、势垒层140、第一源极150、第一漏极160；
[0026]第一P型材料层210、第二P型材料层220、第一导电层230；
[0027]第二导电层240、第三导电层250、介质层260；
[0028]二极管310、P沟道晶体管320、GaN HEMT 330。
具体实施方式
[0029]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0030]在本专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等
指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0031]在本专利技术的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0032]本专利技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属
技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本专利技术中的具体含义。
[0033]一些实施例，本专利技术提出一种P型栅HEMT器件，参照图1至图3，包括：由下至上依次设置有衬底110、缓冲层120、沟道层130、势垒层140；第一P型材料层210，第一P型材料层210本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.P型栅HEMT器件，其特征在于，包括：由下至上依次设置有衬底、缓冲层、沟道层、势垒层；第一P型材料层，所述第一P型材料层设置在所述势垒层上，第一源极和第一漏极设置在所述第一P型材料层两侧；第一导电层，所述第一导电层设置在所述第一P型材料层上；第二P型材料层，所述第二P型材料层与所述第一P型材料层连接；第二导电层，所述第二导电层连接所述第二P型材料层；第三导电层，所述第三导电层连接所述第二P型材料层；所述第一P型材料层、所述第一源极、所述第一漏极和所述第一导电层用于构成常关型N沟道晶体管；所述第二P型材料层、所述第二导电层和所述第三导电层用于构成常开型P沟道晶体管。2.根据权利要求1所述的P型栅HEMT器件，其特征在于，所述第二导电层与所述第一导电层连接。3.根据权利要求1所述的P型栅HEMT器件，其特征在于，所述第三导电层的一端连接所述第二P型材料层，另一端连接所述第一源极。4.根据权利要求3所述的P型栅HEMT器件，其特征在于，还包括N型材料层，所述N型材料层的一端连接所述第三导电层，另一端连接所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：化梦媛，陈俊廷，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：