增强型氮化镓功率器件及其制备方法以及电子设备技术

本发明专利技术提供了一种增强型氮化镓功率器件，在p

【技术实现步骤摘要】
增强型氮化镓功率器件及其制备方法以及电子设备


[0001]本专利技术涉及半导体器件领域，尤其涉及一种增强型氮化镓功率器件及其制备方法以及电子设备。

技术介绍

[0002]氮化镓高电子迁移率晶体管(AlGaN/GaN HEMTs)由于其优异的材料性能，如高击穿场强和高电子迁移率等，在射频和功率领域有着极为广阔的应用前景。强烈的极化效应使得AlGaN/GaN异质结中产生大量的二维电子气，因此常规的AlGaN/GaN HEMTs是一种耗尽型器件，其阈值电压为负。考虑到简化电路设计，同时提高系统可靠性，功率转换电路通常需要高性能的增强型(或者称为常闭型)晶体管，即栅压为正时器件才能开通。
[0003]在目前已有的几种实现器件常闭的方案中，p型栅氮化镓高迁移率晶体管(p
‑
GaN Gate HEMTs)拥有较为综合的电学性能，因此得到了越来越多的应用。
[0004]然而，对于p
‑
GaN Gate HEMTs来说，由于p
‑
GaN层中的空穴激活浓度很低，因此其阈值电压不高(＜2V)，很容易造成器件的误开启。此外，正向栅压增大时，栅下的PN结被开启，栅漏电流会迅速增大，因此栅压摆幅也较小(＜8V)，这不但增加了电路设计成本，而且严重限制了其应用场景。
[0005]因而有必要针对p
‑
GaN Gate HEMTs进行改进。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种增强型氮化镓功率器件及其制备方法以及电子设备，以提高增强型氮化镓功率器件的阈值电压。
[0007]根据本专利技术的第一方面，提供了一种增强型氮化镓功率器件，包括：
[0008]衬底；
[0009]外延结构，所述外延结构包括沿背离所述衬底的方向依次形成于所述衬底上的层叠的AlN成核层、缓冲层、GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层；
[0010]p
‑
GaN层，形成于所述AlGaN势垒层的第一区域上；
[0011]栅介质层，覆盖所述p
‑
GaN层及所述AlGaN势垒层的其它区域；所述其它区域为除所述第一区域外的AlGaN势垒层；
[0012]源极欧姆接触电极与漏极欧姆接触电极，贯穿所述栅介质层后与所述AlGaN势垒层接触，且所述源极欧姆接触电极与所述漏极欧姆接触电极分别位于所述p
‑
GaN层的两侧；
[0013]栅极金属层，形成于所述栅介质层上，位于所述p
‑
GaN层的正上方且与所述p
‑
GaN层相匹配；
[0014]钝化层，所述钝化层覆盖所述栅极金属层、所述源极欧姆接触电极、所述漏极欧姆接触电极以及所述栅介质层；
[0015]金属互联层，包括源极金属互联层、漏极金属互联层以及栅极金属互联层，所述源极金属互联层、漏极金属互联层以及栅极金属互联层贯穿所述钝化层后分别与所述源极欧
姆接触电极、漏极欧姆接触电极以及栅极金属层电性连接。
[0016]可选的，所述栅介质层的材质为Al2O3、AlN、SiO2、HfO2、SiN
x
中的任一种及其叠层组合。
[0017]可选的，所述叠层组合包括AlN/SiO2。
[0018]可选的，所述栅介质层的厚度为2
‑
10nm。
[0019]可选的，所述源极欧姆接触电极与所述漏极欧姆接触电极延伸至所述AlGaN势垒层中，所述源极欧姆接触电极与所述漏极欧姆接触电极的底部离所述AlGaN势垒层的底部的距离为2
‑
4nm。
[0020]可选的，所述源极欧姆接触电极与所述漏极欧姆接触电极的材质为Ti/Al/Ni/Au叠层金属。
[0021]可选的，所述Ti/Al/Ni/Au叠层金属中Ti金属的厚度为20nm，Al金属的厚度为120nm，Ni金属的厚度为50nm，Au金属的厚度为100nm。
[0022]可选的，所述栅极金属层的材质为Ni/Au叠层金属。
[0023]可选的，所述Ni/Au叠层金属中Ni金属的厚度为40nm，Au金属的厚度为60nm。
[0024]可选的，所述钝化层为SiN层，其厚度为40
‑
80nm。
[0025]根据本专利技术的第二方面，提供了一种增强型氮化镓功率器件的制备方法，用于制备第一方面及可选方案所涉及的增强型氮化镓功率器件，该方法包括：
[0026]提供一衬底；
[0027]形成外延结构，所述外延结构包括沿背离所述衬底的方向依次形成于所述衬底上的层叠的AlN成核层、缓冲层、GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层、p
‑
GaN层；
[0028]进行有源区隔离，在所述p
‑
GaN层、AlGaN势垒层、AlN插入层以及GaN沟道层的两侧形成隔离层；
[0029]对所述p
‑
GaN层进行刻蚀，使其仅覆盖所述AlGaN势垒层的第一区域；
[0030]形成栅介质层，所述栅介质层形成于所述p
‑
GaN层及所述AlGaN势垒层的其它区域上；所述其它区域为除所述第一区域外的AlGaN势垒层；
[0031]形成源极欧姆接触电极与漏极欧姆接触电极，所述源极欧姆接触电极与所述漏极欧姆接触电极贯穿所述栅介质层后与所述AlGaN势垒层接触，且所述源极欧姆接触电极与所述漏极欧姆接触电极分别位于所述p
‑
GaN层的两侧；
[0032]形成栅极金属层，所述栅极金属层形成于所述栅介质层上，位于所述p
‑
GaN层的正上方且与所述p
‑
GaN层相匹配；
[0033]形成钝化层，所述钝化层覆盖所述栅极金属层、所述源极欧姆接触电极、所述漏极欧姆接触电极以及所述栅介质层；
[0034]形成金属互联层，所述金属互联层包括源极金属互联层、漏极金属互联层以及栅极金属互联层，所述源极金属互联层、漏极金属互联层以及栅极金属互联层贯穿所述钝化层后分别与所述源极欧姆接触电极、漏极欧姆接触电极以及栅极金属层电性连接。
[0035]可选的，该方法在形成外延结构之后、且在形成p
‑
GaN层之前，还包括：
[0036]进行有源区隔离，在所述AlGaN势垒层、AlN插入层以及GaN沟道层中形成隔离层。
[0037]根据本专利技术的第三方面，提供了一种电子设备，包括第一方面及可选方案所涉及的增强型氮化镓功率器件。
[0038]本专利技术提供的增强型氮化镓功率器件，在p
‑
GaN层与栅极金属层之间设置栅介质层。由于栅介质层和p
‑
GaN层所具有的导带差可以提升AlGaN/GaN异质结处的势阱位置，使其进一步远离费米能级，从而可有效提高阈值电压，同时栅介质的引入可改善增强型氮化镓功率器件的栅漏电，解决现有的增强型氮化镓功率器件的栅压摆幅较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强型氮化镓功率器件，其特征在于，包括：衬底；外延结构，所述外延结构包括沿背离所述衬底的方向依次形成于所述衬底上的层叠的AlN成核层、缓冲层、GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层；p
‑
GaN层，形成于所述AlGaN势垒层的第一区域上；栅介质层，覆盖所述p
‑
GaN层及所述AlGaN势垒层的其它区域；所述其它区域为除所述第一区域外的AlGaN势垒层；源极欧姆接触电极与漏极欧姆接触电极，贯穿所述栅介质层后与所述AlGaN势垒层接触，且所述源极欧姆接触电极与所述漏极欧姆接触电极分别位于所述p
‑
GaN层的两侧；栅极金属层，形成于所述栅介质层上，位于所述p
‑
GaN层的正上方且与所述p
‑
GaN层相匹配；钝化层，所述钝化层覆盖所述栅极金属层、所述源极欧姆接触电极、所述漏极欧姆接触电极以及所述栅介质层；金属互联层，包括源极金属互联层、漏极金属互联层以及栅极金属互联层，所述源极金属互联层、漏极金属互联层以及栅极金属互联层贯穿所述钝化层后分别与所述源极欧姆接触电极、漏极欧姆接触电极以及栅极金属层电性连接。2.根据权利要求1所述的增强型氮化镓功率器件，其特征在于，所述栅介质层的材质为Al2O3、AlN、SiO2、HfO2、SiN
x
中的任一种及其叠层组合。3.根据权利要求2所述的增强型氮化镓功率器件，其特征在于，所述叠层组合包括AlN/SiO2。4.根据权利要求2所述的增强型氮化镓功率器件，其特征在于，所述栅介质层的厚度为2
‑
10nm。5.根据权利要求1所述的增强型氮化镓功率器件，其特征在于，所述源极欧姆接触电极与所述漏极欧姆接触电极延伸至所述AlGaN势垒层中，所述源极欧姆接触电极与所述漏极欧姆接触电极的底部离所述AlGaN势垒层的底部的距离为2
‑
4nm。6.根据权利要求5所述的增强型氮化镓功率器件，其特征在于，所述源极欧姆接触电极与所述漏极欧姆接触电极的材质为Ti/Al/Ni/Au叠层金属。7.根据权利要求6所述的增强型氮化镓功率器件，其特征在于，所述Ti/Al/Ni/Au叠层金属中Ti金属的厚度为20nm，Al金属的厚度为120nm，Ni金属的厚度为50nm，Au金属的厚度为100nm。8.根据权利要求1所述的增强型氮化镓功率器件，其特征在于，所述栅极金属层的材质为Ni/...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏浩，王路宇，徐敏，潘茂林，王强，黄海，黄自强，谢欣灵，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：