[發(fā)明專利]一種氮化鎵增強(qiáng)型垂直型晶體管組件及其制作方法

在審

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• 申請日: 2019-07-29
• 公開（公告）號: CN110379846A
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張羽;鄒新波;楊楊
• 申請（專利權(quán)）人: 上海科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

本發(fā)明提供了一種氮化鎵增強(qiáng)型垂直型晶體管組件，其特征在于，包括由下至上分別依次布置的漏極層、導(dǎo)電襯底層、n⁺GaN層、n型GaN層、p型GaN層和n⁺GaN層。本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供了一種上述的氮化鎵增強(qiáng)型垂直型晶體管組件的制作方法。本發(fā)明由于其微納柱狀的結(jié)構(gòu)特征，使得柱狀結(jié)構(gòu)里npn型層均有足夠的表面積/體積比。有利于使用退火工藝令p型氮化鎵半導(dǎo)體里Mg摻雜獲得激活，實(shí)現(xiàn)足夠的空穴濃度，從而實(shí)現(xiàn)平衡狀態(tài)下器件不導(dǎo)通，在正向開啟電壓下才開通的增強(qiáng)型器件。有效地解決薄膜器件中p型氮化鎵半導(dǎo)體被n型半導(dǎo)體覆蓋后不易被激活的缺點(diǎn)。其次，可以通過改變其器件的尺寸來調(diào)控其開啟閾值電壓，滿足不同應(yīng)用的需要。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種柱狀微納器件及其制作方法，具體涉及一種氮化鎵增強(qiáng)型垂直型晶體管組件及其制作方法。

背景技術(shù)

氮化鎵具有3.4eV的禁帶寬度，擊穿場強(qiáng)3MV/cm以上，電子遷移率超過1000cm²/V·s的性質(zhì)。目前基于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)制備的高電子遷移率晶體管(HEMT)，在界面處利用自發(fā)極化和壓電極化效應(yīng)形成二維電子氣。然而此類HEMT器件通常為耗盡型器件，需要一個(gè)負(fù)電壓來達(dá)到耗盡電子溝道從而關(guān)閉器件的目的；另外，這種橫向器件結(jié)構(gòu)的擊穿電壓與晶體管面積成正比，且材料界面暴露在樣品表面，使得該類器件容易受到表面缺陷的影響。為了提供元件操作安全性，簡化電路設(shè)計(jì)，低能量消耗需求，一個(gè)良好的可控的增強(qiáng)型器件必不可少。目前在實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件方面已有一些解決方案：例如槽柵結(jié)構(gòu)，制作p-GaN蓋帽層等。目前已有的方案均圍繞平面型器件展開。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：實(shí)現(xiàn)常關(guān)型晶體管的特性的同時(shí)，對閾值電壓和導(dǎo)電性能具有良好的調(diào)控能力。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種氮化鎵增強(qiáng)型垂直型晶體管組件，其特征在于，包括由下至上分別依次布置的漏極層、導(dǎo)電襯底層、n⁺GaN層、n型GaN層、p型GaN層和n⁺GaN層，n型GaN層之上還設(shè)有柵極電介質(zhì)層且柵極電介質(zhì)層環(huán)繞p型GaN層，柵極電介質(zhì)層之上設(shè)有柵極，且柵極環(huán)繞柵極電介質(zhì)層的側(cè)壁外側(cè)，柵極之上設(shè)有氧化物層，且氧化物層環(huán)繞包裹于柵極和柵極電解質(zhì)層外側(cè)，氧化物層之上設(shè)有源極區(qū)，且源極區(qū)包裹由漏極層、導(dǎo)電襯底層、n⁺GaN層、n型GaN層、p型GaN層、n⁺GaN層、柵極電介質(zhì)層、柵極及氧化物層組成的結(jié)構(gòu)的整個(gè)上部表面。

本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供了一種上述的氮化鎵增強(qiáng)型垂直型晶體管組件的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、選擇氮化鎵襯底，氮化鎵襯底為所述導(dǎo)電襯底層；

步驟2、在氮化鎵襯底上沉積四層氮化鎵層，四層氮化鎵層由下至上依次定義為層一、層二、層三、層四，四層氮化鎵層及氮化鎵襯底的厚度為500nm、摻雜濃度為4×10¹⁸cm^-3，其中：層一為n型摻雜，厚度為500nm、摻雜濃度為4×10¹⁸cm^-3；層二為n型摻雜，厚度為5μm、摻雜濃度為2×10¹⁶cm^-3；層三為p型摻雜，厚度為1μm、摻雜濃度為2×10¹⁶cm^-3；層四為n型摻雜，厚度為1.8μm、摻雜濃度為4×10¹⁸cm^-3；

層一為所述n⁺GaN層，層二為所述n型GaN層；

步驟3、在層四上沉積一層掩膜；

步驟4、分別利用干刻和濕刻在層三及層四上形成微納柱狀器件主體結(jié)構(gòu)；

步驟5、由下至上分別沉積所述柵極電介質(zhì)層、柵極及氧化物層；