GaN基增强型功率晶体管制造技术

本公开提供了一种GaN基增强型功率晶体管，包括：衬底；缓冲层，形成于衬底之上；薄势垒层，形成于缓冲层之上，与缓冲层形成异质结；盖帽层，形成于薄势垒层之上；钝化层，形成于薄势垒层之上，用于恢复栅极区域之外的异质结中的二维电子气；源极和漏极分别形成于缓冲层的未设置有钝化层、薄势垒层和盖帽层的两端表面之上；栅极，形成于盖帽层之上。本公开利用薄势垒层异质结实现栅下二维电子气的本征耗尽，利用盖帽层与薄势垒层的负极化电荷进一步耗尽栅下异质结沟道中的二维电子气，从而实现高阈值的GaN基增强型功率晶体管，显著改善了P型栅极GaN基增强型功率晶体管的阈值稳定性。GaN基增强型功率晶体管的阈值稳定性。GaN基增强型功率晶体管的阈值稳定性。

【技术实现步骤摘要】
GaN基增强型功率晶体管


[0001]本公开涉及半导体
，尤指一种GaN基增强型功率晶体管。

技术介绍

[0002]虽然目前基于P型栅极GaN基增强型功率晶体管已经商业化，但是由于P型栅极的引入，在栅极GaN材料区域不可避免的引入杂质能级，加上空穴载流子的不充分注入问题，造成严重的栅极阈值不稳定性，严重影响P型栅极GaN基增强型功率晶体管的可靠性，降低了晶体管的功率转换效率。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本公开提供了一种GaN基增强型功率晶体管，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
[0004]根据本公开的实施例，提供了一种GaN基增强型功率晶体管，包括：
[0005]衬底；缓冲层，形成于衬底之上；薄势垒层，形成于缓冲层之上，与缓冲层形成异质结；盖帽层，形成于薄势垒层之上；钝化层，形成于薄势垒层之上，用于恢复栅极区域之外的异质结中的二维电子气；源极和漏极，分别形成于缓冲层的未设置有钝化层、薄势垒层和盖帽层的两端表面之上；以及栅极，形成于盖帽层之上。
[0006]优选地，薄势垒层的材料采用铝氮二元合金、铝镓氮三元合金、铝铟氮三元合金、铟镓氮三元合金、铝铟镓氮四元合金中的其中之一。
[0007]优选地，薄势垒层的厚度小于10nm。
[0008]优选地，盖帽层的材料采用非故意掺杂的GaN或者非故意掺杂的InGaN，其中，In组分介于0～100％之间。
[0009]优选地，盖帽层的厚度高于40nm。
[0010]优选地，栅极区域以外的盖帽层，全部或部分被刻蚀。
[0011]优选地，钝化层采用金属有机化合物化学气相沉积法、低压力化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法或原子层沉积法制备。
[0012]优选地，钝化层的材料采用氮化硅、二氧化硅或氮化铝。
[0013]在本公开的技术方案中，通过利用薄势垒层异质结实现栅下二维电子气的本征耗尽，利用盖帽层与薄势垒层的负极化电荷进一步耗尽栅下异质结沟道中的二维电子气，通过含有界面或体正电荷的钝化层来恢复栅极区域以外的异质结中的二维电子气，从而实现高阈值的GaN基增强型功率晶体管，有效避免了传统P型栅极GaN盖帽层的重掺杂和激活问题，显著改善了P型栅极GaN基增强型功率晶体管的阈值稳定性。
附图说明
[0014]图1为本公开一较佳实施例中GaN基增强型功率晶体管的结构示意图。
[0015]附图标记说明：
[0016]11
‑
衬底
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12
‑
缓冲层
ꢀꢀꢀꢀꢀ
13
‑
薄势垒层
ꢀꢀꢀꢀ
14
‑
盖帽层
[0017]15
‑
钝化层
ꢀꢀꢀꢀꢀ
16
‑
栅极
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
17
‑
源极
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
18
‑
漏极
[0018]19
‑
二维电子气
具体实施方式
[0019]下面将结合实施例和实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0020]需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本公开。
[0021]正如
技术介绍
所介绍的，传统的P型栅极GaN基增强型功率晶体管由于P型栅极的引入，在栅极GaN材料区域不可避免的引入杂质能级，加上空穴载流子的不充分注入问题，造成严重的栅极阈值不稳定性，严重影响了P型栅极GaN基增强型功率晶体管的可靠性，降低了晶体管的功率转换效率。鉴于此，本公开提出了一种GaN基增强型功率晶体管，以期至少部分解决上述技术问题。
[0022]图1示出了本公开实施例的GaN基增强型功率晶体管结构示意图。
[0023]如图1所述，GaN基增强型功率晶体管包括衬底11、缓冲层12、薄势垒层13、盖帽层14、钝化层15、栅极16、源极17和漏极18。其中，缓冲层12形成于衬底11之上，薄势垒层13形成于缓冲层12之上，薄势垒层13与缓冲层12形成异质结。盖帽层14形成于薄势垒层13之上，钝化层15形成于薄势垒层13的表面之上。源极17和漏极18分别形成于缓冲层12的未设置有钝化层15、薄势垒层13和盖帽层14的两端表面之上，栅极16形成于盖帽层14之上。
[0024]在本公开实施例中，通过利用薄势垒层异质结实现栅下二维电子气的本征耗尽，利用盖帽层与薄势垒层的负极化电荷进一步耗尽栅下异质结沟道中的二维电子气，通过含有界面或体正电荷的钝化层来恢复栅极区域以外的异质结中的二维电子气19(如图1所示)，从而实现高阈值的GaN基增强型功率晶体管，有效避免了传统P型栅极GaN盖帽层的重掺杂和激活问题，显著改善了P型栅极GaN基增强型功率晶体管的阈值稳定性。
[0025]在本公开实施例中，衬底11的材料例如可以选择GaN，缓冲层12的材料例如采用非故意掺杂GaN，薄势垒层的材料例如可以采用铝氮二元合金、铝镓氮三元合金、铝铟氮三元合金、铟镓氮三元合金、铝铟镓氮四元合金中的其中之一。其中薄势垒层的厚度小于10nm。
[0026]在一些实施例中，栅极区域以外的盖帽层可以全部或者部分被刻蚀掉。例如，当栅极区域以外的盖帽层全部被刻蚀掉时，可以形成如图1所示的结构。在本公开实施例中，盖帽层的材料例如可以采用非故意掺杂的GaN或者非故意掺杂的InGaN，其中，In组分介于0～100％之间。其中盖帽层的厚度高于40nm。
[0027]在本公开实施例中，钝化层例如可以采用金属有机化合物化学气相沉积法、低压
力化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法或原子层沉积法等方法制备得到，具体可以根据实际选择，在此不做限定。在一些实施例中，钝化层的材料例如可以采用氮化硅、二氧化硅或氮化铝等等。
[0028]需要说明的是，上述关于GaN基增强型功率晶体管中各层的材料、尺寸、组分比例等等的说明仅是示例性的，以帮助本领域技术人员理解本公开的方案，并非用以限定本公开的保护范围。在其他实施例中，上述各层的材料、尺寸、组分比例等等可以根据实际情况选择，在此不做限定。
[0029]基于上述GaN基增强型功率晶体管结构，本公开的另一方面还提供了一较佳实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaN基增强型功率晶体管，其特征在于，包括：衬底；缓冲层，形成于所述衬底之上；薄势垒层，形成于所述缓冲层之上，与所述缓冲层形成异质结；盖帽层，形成于所述薄势垒层之上；钝化层，形成于所述薄势垒层之上，用于恢复栅极区域之外的异质结中的二维电子气；源极和漏极，分别形成于所述缓冲层的未设置有所述钝化层、所述薄势垒层和所述盖帽层的两端表面之上；以及栅极，形成于所述盖帽层之上。2.根据权利要求1所述的GaN基增强型功率晶体管，其特征在于，所述薄势垒层的材料采用铝氮二元合金、铝镓氮三元合金、铝铟氮三元合金、铟镓氮三元合金、铝铟镓氮四元合金中的其中之一。3.根据权利要求1所述的GaN基增强型功率晶体管，其特征在于，所述薄势垒层的厚度小于10nm。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄森，蒋其梦，冯超，郭富强，王鑫华，魏珂，刘新宇，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：