【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件，具体涉及一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管及制备方法。
技术介绍
1、随着半导体技术的迅速发展，基于摩尔定律的预测，半导体技术已在航空航天、无线通信和电动汽车等多个领域得到广泛应用。半导体器件的性能一直是人们关注的重点，其中，硅(si)作为第一代半导体材料，因其成熟的工艺和优越的物理特性，长期以来在半导体器件中占据主导地位。然而，随着技术的持续进步，硅材料的性能已接近其物理极限，导致基于硅材料的半导体器件在提升性能方面面临瓶颈。这一问题也使得摩尔定律的持续有效性受到质疑。
2、为了应对硅材料的局限性，人们逐渐将目光转向新一代半导体材料。其中，氮化镓(gan)作为第三代宽禁带半导体的典型代表，凭借其宽带隙、高临界电场强度、高电子饱和速度和高击穿电场等优势，在高功率和高频器件领域表现出巨大的应用潜力。目前，氮化镓器件以横向结构为主，尤其是高电子迁移率晶体管(hemt)。然而，横向结构gan器件在应用中暴露出以下问题：对于大功率器件，为满足性能要求需增加栅电极的宽度和数量，导致器件面积显著增大，并引入更多的寄生电容，影响器件性能；横向结构gan hemt器件的导电沟道依赖二维电子气(2deg)，而2deg容易受到表面态的影响，降低器件稳定性；横向结构器件易出现电荷集中于沟道两端的现象，导致两端局部产热严重，器件击穿电压较低，可靠性下降。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管及制备方法，解决现有技术存
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管，包括：
3、从下至上依次层叠设置的衬底层、成核层、缓冲层、漏极接触层；
4、沟道层，设置于所述漏极接触层之上，由鳍部沟道层和非鳍部沟道层组成；
5、源极接触层，设置于所述鳍部沟道层之上；
6、p型栅，设置于鳍部沟道层的两侧以及非鳍部沟道层的部分表面；
7、栅电极，设置于所述p型栅延伸部分，与所述p型栅形成欧姆接触或肖特基接触；
8、漏电极，设置于所述漏极接触层之上，与漏极接触层形成欧姆接触；
9、源电极，设置于所述源极接触层之上，与源极接触层形成欧姆接触；
10、其中，所述缓冲层、漏极接触层、沟道层、源极接触层及p型栅的材料为三族氮化物半导体材料。
11、优选的，所述漏极接触层的材料为gan、al gan或i ngan，厚度为50nm至2μm，掺杂杂质为s i，掺杂浓度为1×1017至1×1021cm-3。
12、优选的，所述沟道层的材料为氮化镓、al gan或i ngan，厚度为100nm至10μm，掺杂杂质为s i，掺杂浓度为1×1015至1×1018cm-3。
13、优选的，所述鳍部沟道层的高度为40nm至10μm，鳍宽为10nm至1μm。
14、优选的，所述p型栅的掺杂杂质为mg，掺杂浓度为1×1015至1×1018cm-3，厚度为5nm至100nm，高度为5nm至1μm。
15、优选的，所述源极接触层的材料为gan、al gan或i ngan，厚度为10nm至1μm，掺杂杂质为s i，掺杂浓度为1×1017至1×1021cm-3。
16、优选的，所述p型栅的高度不超过鳍部沟道层的高度。
17、一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管的制备方法，采用所述的垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管，所述方法包括：
18、s1、选取衬底层；
19、s2、在所述衬底层上依次外延生长成核层、缓冲层、漏极接触层、沟道层、源极接触层；
20、s3、对所述沟道层和源极接触层进行刻蚀，形成鳍部沟道层；
21、s4、在部分所述沟道层表面进行p-gan再生长，形成p型栅；
22、s5、刻蚀沟道层，以使漏极接触层的两端暴露；
23、s6、在所述源极接触层上方制备源电极，在所述漏极接触层两端制备漏电极；
24、s7、在p型栅的延伸部分制备栅电极。
25、所述衬底层的材料为硅、蓝宝石或s ic，表面经化学清洗处理后用于外延生长。
26、所述成核层的材料为al n，外延生长温度为950℃。
27、由上述技术方案可知，本专利技术具有如下有益效果：
28、该垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管及制备方法，通过采用垂直结构设计，显著减少了横向结构器件中因电荷集中导致的局部发热问题，提高了器件的击穿电压和长期稳定性。同时，垂直电流路径有效分布功率密度，降低了散热难度，通过鳍部沟道层的创新设计，本专利技术的器件在提高电流密度的同时有效缩小了栅极面积，降低了寄生电容，从而提升了高频应用中的开关速度与性能，采用p型栅结构和优化掺杂工艺，有效避免了二维电子气受表面态影响而导致的不稳定性，增强了导电沟道的可靠性和器件的一致性，本专利技术提出了一种兼容多种衬底材料(如硅、蓝宝石或sic)的外延生长方案，同时通过优化成核层和缓冲层的材料及厚度，实现了高质量的外延层生长。这不仅提高了材料的适应性，还降低了工艺复杂度和成本，采用宽禁带材料和创新鳍式结构设计，器件在高功率和高频应用场景(如射频放大器和高效开关电源)中表现出优异的性能，满足了下一代高功率密度器件的需求，在栅电极与沟道层之间引入p型栅，有益于实现增强型工作，并且提高了栅电极的耐压能力，扩大了栅极信号输入动态范围，提高了器件的长期可靠性，非鳍部沟道层及上表面的p型栅和栅电极，具有一定的场板效应，提高了器件的击穿电压，抑制了器件的电流崩塌效应，相较于横向结构的晶体管而言，本专利技术所提供的垂直氮化镓基鳍式射频晶体管当需要提升器件耐压时，只需增加沟道层非鳍部的厚度即可达到提升器件耐压的效果，这样在同样耐压条件和电流条件下，器件所需面积更小，成本更低。
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1.一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管，其特征在于：所述漏极接触层(4)的材料为GaN、AlGaN或InGaN，厚度为50nm至2μm，掺杂杂质为Si，掺杂浓度为1×1017至1×1021cm-3。
3.根据权利要求1所述的一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管，其特征在于：所述沟道层(5)的材料为氮化镓、AlGaN或InGaN，厚度为100nm至10μm，掺杂杂质为Si，掺杂浓度为1×1015至1×1018cm-3。
4.根据权利要求1所述的一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管，其特征在于：所述鳍部沟道层(51)的高度为40nm至10μm，鳍宽为10nm至1μm。
5.根据权利要求1所述的一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管，其特征在于：所述P型栅(71)的掺杂杂质为Mg，掺杂浓度为1×1015至1×1018cm-3，厚度为5nm至100nm，高度为5nm至1μm。
6.根据权利要求1所述的一种垂直氮化镓基鳍式射频结型
7.根据权利要求1所述的一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管，其特征在于：所述P型栅(71)的高度不超过鳍部沟道层(51)的高度。
8.一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管的制备方法，采用权利要求1-7任一项所述的垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管，其特征在于，所述方法包括：
9.根据权利要求8所述的一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管的制备方法，其特征在于：所述衬底层(1)的材料为硅、蓝宝石或SiC，表面经化学清洗处理后用于外延生长。
10.根据权利要求8所述的一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管的制备方法，其特征在于：所述成核层(2)的材料为AlN，外延生长温度为950℃。。
...【技术特征摘要】
1.一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管，其特征在于：所述漏极接触层(4)的材料为gan、algan或ingan，厚度为50nm至2μm，掺杂杂质为si，掺杂浓度为1×1017至1×1021cm-3。
3.根据权利要求1所述的一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管，其特征在于：所述沟道层(5)的材料为氮化镓、algan或ingan，厚度为100nm至10μm，掺杂杂质为si，掺杂浓度为1×1015至1×1018cm-3。
4.根据权利要求1所述的一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管，其特征在于：所述鳍部沟道层(51)的高度为40nm至10μm，鳍宽为10nm至1μm。
5.根据权利要求1所述的一种垂直氮化镓基鳍式射频结型场效应晶体管，其特征在于：所述p型栅(71)的掺杂杂质为mg，掺杂浓度为1×1015至1×1018cm-3，厚度为5nm至100nm，高度...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志宏，林诗晨，孙秀竹，秦梓钤，周瑾，杜航海，邢伟川，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学广州研究院，
类型：发明
国别省市：
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