【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件，尤其是涉及一种p-gan hemt器件及制备方法。
技术介绍
1、gan作为第三代半导体材料，具有大禁带宽度、高热导率、低导通电阻和耐受高频高压条件等优良特性，非常适合于高频、高功率电力电子及射频器件的制备。半导体器件是现代电子信息技术的基础，其中氮化镓高电子迁移率晶体管（gan hemt）是一种重要的半导体器件，广泛应用于通信、电力电子等领域。
2、其中，增强型gan基hemt器件相较于耗尽型器件，可避免误开启风险并降低栅极驱动复杂性，在电力电子应用领域具有更大的优势。增强型gan基hemt器件在手机快充及5g通信领域已经实现了产业化应用，并展现出在芯片电源管理以及高温、辐照等极端场景下的应用潜力。目前,实现增强型gan基hemt 器件的主流技术有:氟(f)离子注入技术、凹槽栅结构、共源共栅级联结构和p-gan栅结构。相较于前3种方法,p-gan栅技术可以获得阈值电压稳定、可靠性高且工艺可控性强、重复性好的增强型器件,适于投入大规模生产及商业用途。
3、然而，更加复杂的应用场景以及苛刻的器件工作环境，对增强型p-gan hemt器件的栅控能力和器件可靠性有了更高的要求，这不仅影响到器件的性能，还可能导致器件的失效。因此，如何有效地提高p-gan hemt的栅控能力，提高其可靠性和稳定性，是当前高功率gan半导体器件制造技术面临的重要挑战。
4、目前，现有的p-gan栅技术解决方案会面临一些工艺上的困难，例如mg离子在高温扩散过程中向algan势垒层与gan沟道层移动
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术提供一种p-gan hemt器件及制备方法，以解决现有技术存在的以上或者其他前者问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种p-gan hemt器件，包括，
3、衬底层；
4、设于衬底层上的缓冲层，缓冲层的远离衬底层的一侧面设有p型掺杂区；
5、设于缓冲层上的沟道层，沟道层与p型掺杂区接触；
6、设于沟道层上的势垒层、源极以及漏极，源极与漏极设于势垒层的两侧；
7、设于势垒层上的散热层；
8、设于势垒层上和散热层上的帽层；
9、设于散热层上的钝化层，钝化层设于源极与帽层之间以及漏极与帽层之间；
10、设于帽层上的栅极。
11、进一步的，p型掺杂区设于沿着缓冲层第一方向上的靠近两侧边的注入区域内，在任一注入区域，p型掺杂区包括多组p型掺杂区组，多组p型掺杂区组沿着缓冲层的第一方向依次设置，每一组p型掺杂区组均包括多个p型掺杂子区，多个p型掺杂子区沿着缓冲层的第二方向依次设置，第一方向与第二方向垂直设置。
12、进一步的，相邻两组p型掺杂区组中的多个p型掺杂子区交错设置。
13、进一步的，p型掺杂子区的形状为多边形或圆形。
14、进一步的，帽层包括叠放设置的第一槽栅层和第二槽栅层，第一槽栅层设于势垒层上，且第一槽栅层的一侧面位于势垒层内，第一槽栅层的另一侧面与第二槽栅层的第一侧面接触，第二槽栅层的第一侧面与散热层接触。
15、进一步的，帽层为掺杂有p型掺杂剂的氮化镓，p型掺杂剂为镁，p型掺杂剂的掺杂浓度为1×1017-8×1017cm-3。
16、进一步的，第一槽栅层的厚度为8-13nm，第二槽栅层的厚度为90-130nm。
17、进一步的，散热层为单晶金刚石薄膜或碳化硅薄膜，散热层的厚度为200nm-700nm。
18、进一步的，衬底层为多晶金刚石衬底，衬底层的厚度为300-400um。
19、进一步的，缓冲层与沟道层均为氮化镓，缓冲层的厚度为200-300nm，沟道层的厚度为50-150nm。
20、进一步的，势垒层为氮化镓铝，势垒层的厚度为10-20nm。
21、进一步的，沿着沟道层至外部方向，源极与漏极均包括依次设置的ti层、al层、ni层以及au层；沿着帽层至外部方向，栅极包括依次设置的tin层、ti层、al层、ni层以及au层。
22、进一步的，钝化层为氮化硅。
23、一种p-gan hemt器件的制备方法，包括以下步骤，
24、制备衬底层；
25、制备缓冲层，并将缓冲层键合到衬底层上；
26、在缓冲层表面进行p型离子注入，形成p型掺杂区，并进行退火处理；
27、在缓冲层上制备沟道层；
28、在沟道层上制备势垒层；
29、制备散热层，并将散热层键合到势垒层上；
30、对散热层和势垒层进行刻蚀，形成沟槽；
31、在沟槽处的势垒层上以及沟槽外侧的散热层上制备帽层；
32、制备钝化层；
33、在沟道层上制备源极和漏极，帽层上制备栅极。
34、进一步的，采用化学气相沉积法制备衬底层，衬底层为多晶金刚石衬底。
35、进一步的，缓冲层与沟道层均为氮化镓，分别采用mocvd方式制备缓冲层和沟道层；
36、势垒层为氮化镓铝，采用mocvd方式制备势垒层；
37、帽层为掺杂有p型掺杂剂的氮化镓，采用mocvd方式制备帽层。
38、进一步的，在缓冲层表面进行p型离子注入，形成p型掺杂区，并进行退火处理步骤中，在氮气氛围中进行退火，退火温度为850℃-1150℃。
39、进一步的，p型掺杂离子为镁离子，注入结深为0.8-1.0um，注入剂量为1×1015-1×1017cm-3 。
40、进一步的，散热层为单晶金刚石薄膜或碳化硅薄膜，在一衬底上生长形成散热层，将散热层键合到势垒层上后去除该衬底。
41、进一步的，采用等离子体增强化学气相沉积法沉积钝化层，并通过刻蚀去除沟道层和帽层上的钝化层。
42、由于采用上述技术方案，具有散热层，该散热层为单晶金刚石薄膜，单晶金刚石薄膜在多晶金刚石衬底上生长形成，通过键合技术将单晶金刚石薄膜与势垒层进行键合，由于单晶金刚石薄膜与氮化镓势垒层的键合率达到92%以上，能够有效的降低异质结界面处的缺陷数量和界面热阻，提高器件沟道处2d本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种p-GaN HEMT器件，其特征在于：包括，
2.根据权利要求1所述的p-GaN HEMT器件，其特征在于：所述P型掺杂区设于沿着所述缓冲层第一方向上的靠近两侧边的注入区域内，在任一注入区域，所述P型掺杂区包括多组P型掺杂区组，多组所述P型掺杂区组沿着所述缓冲层的第一方向依次设置，每一组P型掺杂区组均包括多个P型掺杂子区，多个所述P型掺杂子区沿着所述缓冲层的第二方向依次设置，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。
3.根据权利要求2所述的p-GaN HEMT器件，其特征在于：相邻两组所述P型掺杂区组中的多个所述P型掺杂子区交错设置。
4.根据权利要求2或3所述的p-GaN HEMT器件，其特征在于：所述P型掺杂子区的形状为多边形或圆形。
5.根据权利要求1-3任一项所述的p-GaN HEMT器件，其特征在于：所述帽层包括叠放设置的第一槽栅层和第二槽栅层，所述第一槽栅层设于所述势垒层上，且所述第一槽栅层的一侧面位于所述势垒层内，所述第一槽栅层的另一侧面与所述第二槽栅层的第一侧面接触，所述第二槽栅层的第一侧面与所述散热层接触。p>
6.根据权利要求5所述的p-GaN HEMT器件，其特征在于：所述帽层为掺杂有P型掺杂剂的氮化镓，所述P型掺杂剂为镁，所述P型掺杂剂的掺杂浓度为1×1017-8×1017cm-3。
7.根据权利要求6所述的p-GaN HEMT器件，其特征在于：所述第一槽栅层的厚度为8-13nm，所述第二槽栅层的厚度为90-130nm。
8.根据权利要求1-3和6-7任一项所述的p-GaN HEMT器件，其特征在于：所述散热层为单晶金刚石薄膜或碳化硅薄膜，所述散热层的厚度为200nm-700nm。
9.根据权利要求8所述的p-GaN HEMT器件，其特征在于：所述衬底层为多晶金刚石衬底，所述衬底层的厚度为300-400um。
10.根据权利要求9所述的p-GaN HEMT器件，其特征在于：所述缓冲层与所述沟道层均为氮化镓，所述缓冲层的厚度为200-300nm，所述沟道层的厚度为50-150nm。
11.根据权利要求10所述的p-GaN HEMT器件，其特征在于：所述势垒层为氮化镓铝，所述势垒层的厚度为10-20nm。
12.根据权利要求9-11任一项所述的p-GaN HEMT器件，其特征在于：沿着所述沟道层至外部方向，所述源极与所述漏极均包括依次设置的Ti层、Al层、Ni层以及Au层；沿着所述帽层至外部方向，所述栅极包括依次设置的TiN层、Ti层、Al层、Ni层以及Au层。
13.根据权利要求12所述的p-GaN HEMT器件，其特征在于：所述钝化层为氮化硅。
14.一种p-GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
15.根据权利要求14所述的p-GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于：采用化学气相沉积法制备所述衬底层，所述衬底层为多晶金刚石衬底。
16.根据权利要求14或15所述的p-GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于：所述缓冲层与所述沟道层均为氮化镓，分别采用MOCVD方式制备所述缓冲层和所述沟道层；
17.根据权利要求16所述的p-GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于：在所述缓冲层表面进行P型离子注入，形成P型掺杂区，并进行退火处理步骤中，在氮气氛围中进行退火，退火温度为850℃-1150℃。
18.根据权利要求14或15或17所述的p-GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于：所述P型掺杂离子为镁离子，注入结深为0.8-1.0um，注入剂量为1×1015-1×1017cm-3。
19.根据权利要求14或15所述的p-GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于：所述散热层为单晶金刚石薄膜或碳化硅薄膜，在一衬底上生长形成所述散热层，将所述散热层键合到所述势垒层上后去除该衬底。
20.根据权利要求14或15所述的p-GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于：采用等离子体增强化学气相沉积法沉积所述钝化层，并通过刻蚀去除所述沟道层和所述帽层上的所述钝化层。
...【技术特征摘要】
1.一种p-gan hemt器件，其特征在于：包括，
2.根据权利要求1所述的p-gan hemt器件，其特征在于：所述p型掺杂区设于沿着所述缓冲层第一方向上的靠近两侧边的注入区域内，在任一注入区域，所述p型掺杂区包括多组p型掺杂区组，多组所述p型掺杂区组沿着所述缓冲层的第一方向依次设置，每一组p型掺杂区组均包括多个p型掺杂子区，多个所述p型掺杂子区沿着所述缓冲层的第二方向依次设置，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。
3.根据权利要求2所述的p-gan hemt器件，其特征在于：相邻两组所述p型掺杂区组中的多个所述p型掺杂子区交错设置。
4.根据权利要求2或3所述的p-gan hemt器件，其特征在于：所述p型掺杂子区的形状为多边形或圆形。
5.根据权利要求1-3任一项所述的p-gan hemt器件，其特征在于：所述帽层包括叠放设置的第一槽栅层和第二槽栅层，所述第一槽栅层设于所述势垒层上，且所述第一槽栅层的一侧面位于所述势垒层内，所述第一槽栅层的另一侧面与所述第二槽栅层的第一侧面接触，所述第二槽栅层的第一侧面与所述散热层接触。
6.根据权利要求5所述的p-gan hemt器件，其特征在于：所述帽层为掺杂有p型掺杂剂的氮化镓，所述p型掺杂剂为镁，所述p型掺杂剂的掺杂浓度为1×1017-8×1017cm-3。
7.根据权利要求6所述的p-gan hemt器件，其特征在于：所述第一槽栅层的厚度为8-13nm，所述第二槽栅层的厚度为90-130nm。
8.根据权利要求1-3和6-7任一项所述的p-gan hemt器件，其特征在于：所述散热层为单晶金刚石薄膜或碳化硅薄膜，所述散热层的厚度为200nm-700nm。
9.根据权利要求8所述的p-gan hemt器件，其特征在于：所述衬底层为多晶金刚石衬底，所述衬底层的厚度为300-400um。
10.根据权利要求9所述的p-gan hemt器件，其特征在于：所述缓冲层与所述沟道层均为氮化镓，所述缓冲层的厚度为200-30...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵宇轩，张敬伟，敖松泉，徐长坡，张新玲，程研，刘闯，
申请(专利权)人：TCL环鑫半导体天津有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。