【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件，具体涉及al(in,ga)n/gan异质结构高电子迁移率晶体管制备。
技术介绍
1、gan基高电子迁移率晶体管(hemt)具有输出功率密度大、高频高压、耐高温、抗辐射等优异特性，在gan基电力电子器件与微波器件等应用领域具备很大应用潜力。增强型是功率电子器件安全工作的关键要求，即在高压工作时，器件即使失去栅控的状态下也是安全的，不会导致系统的烧毁。这就要求功率电子器件必须是增强型的(enhancement-mode，也称normally-off)，从安全性角度考虑，器件设计栅极漏电小，栅压摆幅大，栅极可靠性强是功率器件长期高性能工作的核心要求。
2、基于电子电力器件安全工作考虑，目前业界制备gan基增强型功率电子器件的主要途径为p-(al)gan栅增强型技术，p-gan栅帽层增强型hemt器件因具有良好的阈值均匀性和电流输出能力，以及单片结构使其具有工作在更高频率的潜能，引发了广泛的研究。该技术通过在未掺杂的al(in,ga)n/gan异质结构上形成p-(al)gan栅极，利用栅下pn结的空间耗尽区来耗尽2deg，实现增强型。商用的p-gan增强型器件主要根据栅金属的不同，分为欧姆接触型和肖特基接触型。其中，欧姆接触型具有较好的动态电阻特性及开关特性，主要局限是需要前级驱动，并且栅极漏电电流较大(p-n结的正向开启导致栅极正向漏电增大)。肖特基型通过使用低功函数金属作为栅金属，使栅金属与p-gan层形成一个反偏的肖特基二极管，抑制了栅极漏电，实现更高的栅电压摆幅。但由于肖特基接触的p-gan
3、如何实现栅极漏电小、大栅压摆幅、高阈值稳定性的p-gan栅增强型gan hemt器件，进一步提升可靠性至企业级应用，是下一步有效提高gan基增强型器件的工艺重复性和成品率，推动gan基功率电子器件的产业化进程的重要手段。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的主要目的是提供一种高可靠性栅控性能的p-gan栅增强型hemt功率器件结构及制备方法，用以同时实现高阈值稳定性及大栅压摆幅的功能。
2、本专利技术通过对于栅极区域的p-gan层进行周期性刻蚀，刻蚀为沿栅宽方向即垂直沟道方向的fin岛结构，刻蚀深度过刻至gan缓冲层，然后进行介质淀积，随后在p-gan fin岛顶部进行开孔，接着淀积栅金属后，在fin岛顶部形成欧姆接触和侧壁形成mis结构的(tri-gate)栅极结构，称为p-gan ohmic-mis tri-gate。这样的复合tri-gate结构在低栅极电压时，顶部为欧姆接触可以实现空穴注入，可解决电位浮动问题，实现抑制漏极高压应力情况下导致的阈值漂移问题；在高栅极电压时，横向mis的电场可以在p-gan fin岛侧壁形成反型，得到一层电子层，形成类npn超结结构，可以实现横向电场扩展，耗尽p-gan层中的空穴浓度，达到耗尽甚至反型，通过横向电场扩展降低纵向欧姆接触部分空穴注入导致的高栅极漏电，实现栅极结构高可靠性栅极及高耐压。
3、具体的，本专利技术提供的增强型gan基hemt功率器件包括衬底和其上的p-gan/al(in,ga)n/gan异质结构，其中，al(in,ga)n/gan异质结栅极p-gan区域形成tri-gate结构，tri-gate结构中p-gan fin岛为周期性平行排列的窄条结构，窄条结构的长度方向平行于沟道方向，窄条结构的周期性排列方向垂直于沟道方向，对于tri-gate栅极结构中p-ganfin岛侧壁部分淀积栅介质形成mis结构，顶部直接接触栅极金属形成欧姆接触；源漏极分别位于沟道两端。
4、上述增强型gan基hemt功率器件中，栅长方向(同沟道方向)p-gan fin岛长度为1～4μm，在栅宽方向(垂直于沟道方向)上所述tri-gate栅极结构中的p-gan fin岛周期窄条结构的宽度为50～500nm，fin岛间距为50～500nm。
5、所述栅极p-gan fin岛顶部欧姆接触部分可通过退火形成欧姆接触，也可通过离子注入形成p-gan表面重掺与金属接触形成欧姆接触。
6、所述栅极p-gan fin岛侧壁部分mis接触，栅介质层可以是sin、sio2、alon、alsio、alsin或者sion，厚度优选为5～30nm。
7、所述栅极金属为ni/au、ni/ag等金属。
8、所述al(in,ga)n/gan异质结由依次叠加在衬底上的gan缓冲层和al(in,ga)n势垒层构成，其中，al(in,ga)n可以是aln、algan、alinn、ingan或alingan。
9、本专利技术还提供了上述增强型gan基hemt功率器件的制备方法，包括以下步骤：
10、1)在衬底上依次沉积gan缓冲层、al(in,ga)n势垒层和p-gan层，形成p-gan/al(in,ga)n/gan异质结构；
11、2)刻蚀栅极区域以外的p-gan层并自停止于al(in,ga)n势垒层；
12、3)在沟道区两端、al(in,ga)n势垒层上制备欧姆接触电极作为源漏电极；
13、4)对器件进行隔离操作；
14、5)在栅极区域沿栅宽方向刻蚀p-gan层、al(in,ga)n势垒层至gan缓冲层30～100nm处，得到周期性fin岛结构；
15、6)沉积栅介质覆盖栅极区域及沟道区；
16、7)将fin岛结构顶部的栅介质刻蚀去除；
17、8)淀积栅极金属覆盖栅极区域；
18、9)对栅极金属进行退火形成p-gan栅极欧姆接触，得到所述p-gan ohmic-mistri-gate增强型gan基hemt功率器件。
19、本专利技术将栅极区域在与沟道方向垂直的方向栅宽方向上刻蚀形成周期性fin岛结构，fin岛顶部直接与栅极金属接触形成欧姆接触，在栅极加电压工作状态时可实现空穴注入，使栅极fin岛p-gan层电位处于不浮空的状态，这样可有效避免栅极阈值漂移的问题，并同时可以实现电导调制git效应，fin岛侧壁通过淀积绝缘介质与金属，形成mis结构，fin岛侧壁的栅极金属与顶部栅极金属为同一金属，电位相同，在栅极小电压时对p-gan区域不形成影响，栅极欧姆接触起主要作用，当栅极电压增大时，横向mis结构使fin岛侧壁形成耗尽甚至反型，通过横向的电场可以屏蔽纵向的电场，形成类npn超结结构，可有效增大栅极耐压，阻隔热电子流过栅极p-gan区域轰击顶部区域，同时实现了高栅极耐压并有效解决了栅极可靠性阈值漂移的问题，成功为制备高性能增强型器件提供了有效方法。
20、上述步骤1)中，al(in,ga)n势垒层的厚度介于15～30nm之间，以保证高2deg浓度，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种增强型GaN基HEMT功率器件，包括衬底以及衬底上依次层叠的GaN缓冲层、Al(In,Ga)N势垒层和p-GaN层，其特征在于，在栅极区域形成Tri-Gate栅极结构，包括周期性平行排列的窄条状p-GaN Fin岛，其长度方向平行于沟道方向，周期性排列方向垂直于沟道方向；在Tri-Gate栅极结构中，所述p-GaN Fin岛的侧壁淀积有栅介质形成MIS结构，顶部直接接触栅极金属形成欧姆接触；源漏极分别位于沟道两端。
2.如权利要求1所述的增强型GaN基HEMT功率器件，其特征在于，所述p-GaN Fin岛的长度为1～4μm，宽度为50～500nm，Fin岛间距为50～500nm。
3.如权利要求1所述的增强型GaN基HEMT功率器件，其特征在于，所述栅介质是SiN、SiO2、AlON、AlSiO、AlSiN或SiON，淀积厚度为5～30nm。
4.如权利要求1所述的增强型GaN基HEMT功率器件，其特征在于，所述Al(In,Ga)N势垒层为AlN、AlGaN、AlInN、InGaN或AlInGaN，厚度为15～30nm。
5
6.权利要求1～5任一所述的增强型GaN基HEMT功率器件的制备方法，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤3)采用剥离工艺和合金化工艺制作欧姆接触电极；步骤4)采用台面隔离或注入隔离方式实现器件隔离。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤5)采用电子束光刻进行刻蚀。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤6)采用原子层沉积、化学气相沉积或分子束外延技术生长栅介质。
10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤8)中所述栅极金属选自Ti、Al、Ni、Au中的任意一种或两种以上的组合。
...【技术特征摘要】
1.一种增强型gan基hemt功率器件，包括衬底以及衬底上依次层叠的gan缓冲层、al(in,ga)n势垒层和p-gan层，其特征在于，在栅极区域形成tri-gate栅极结构，包括周期性平行排列的窄条状p-gan fin岛，其长度方向平行于沟道方向，周期性排列方向垂直于沟道方向；在tri-gate栅极结构中，所述p-gan fin岛的侧壁淀积有栅介质形成mis结构，顶部直接接触栅极金属形成欧姆接触；源漏极分别位于沟道两端。
2.如权利要求1所述的增强型gan基hemt功率器件，其特征在于，所述p-gan fin岛的长度为1～4μm，宽度为50～500nm，fin岛间距为50～500nm。
3.如权利要求1所述的增强型gan基hemt功率器件，其特征在于，所述栅介质是sin、sio2、alon、alsio、alsin或sion，淀积厚度为5～30nm。
4.如权利要求1所述的增强型gan基hemt功率器件，其特征在于，所述al...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨学林，郭富强，唐宁，陈正昊，付星宇，陈帅宇，沈波，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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