[發明專利]混合柵p-GaN增強型氮化鎵基晶體管結構及制作方法

在審

• 申請號: 202010198618.9
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111370472A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 王曉亮;李巍;牛迪;王權;肖紅領;姜麗娟;馮春;王茜;劉宏新
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L29/778;H01L21/28;H01L21/335
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

本公開提供了一種混合柵p?GaN增強型氮化鎵基晶體管結構及制作方法，其混合柵p?GaN增強型氮化鎵基晶體管結構自下而上順次包括：襯底、成核層、高阻層、高遷移率層和勢壘層；還包括：p型GaN帽層、源極和漏極，分別制作在所述勢壘層上面；柵絕緣介質層，制作在所述p型GaN帽層上面；柵極，制作在所述柵絕緣介質層和所述p型GaN帽層上面。本公開能夠減小器件柵極漏電，改善器件柵極擊穿特性，增加器件柵壓擺幅，提高器件的閾值電壓，提高器件的可靠性。

技術領域

本公開涉及半導體領域，尤其涉及一種混合柵p-GaN增強型氮化鎵基晶體管結構及制作方法。

背景技術

由于氮化鎵基高電子遷移率晶體管(High electron mobility transistors，HEMTs)具有高擊穿電壓、低導通電阻、高工作頻率以及器件體積小等特點，在功率開關系統中具有廣泛的應用前景。因為安全的原因，在功率開關應用中，GaN HEMTs器件被要求是常關型的，也就是增強型(Enhancement-mode.E-mode)(Vth＞0V)。

為了獲得增強型HEMT器件，許多方法已經被提出，例如凹柵結構、F離子注入、p-GaN結構等。因為p-GaN結構有高的可靠性，已經在實現增強型器件中顯示出大的潛力，目前已經變成了最主流的方案。然而傳統p-GaN HEMTs器件的閾值電壓低，容易引起誤開啟；同時傳統p-GaN HEMTs器件的柵極泄漏電流大，柵極擊穿電壓低，限制晶體管的安全操作范圍和可靠性。

因此，需要提高器件的閾值電壓，減小器件的柵極泄漏電流，增加器件的柵擊穿電壓，提高器件的可靠性，從而解決以上問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種混合柵p-GaN增強型氮化鎵基晶體管結構及制作方法，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供了一種混合柵p-GaN增強型氮化鎵基晶體管結構，自下而上順次包括：襯底、成核層、高阻層、高遷移率層和勢壘層；還包括：

p型GaN帽層、源極和漏極，分別制作在所述勢壘層上面；

柵絕緣介質層，制作在所述p型GaN帽層上面；

柵極，制作在所述柵絕緣介質層和所述p型GaN帽層上面。

在本公開的一些實施例中，所述柵絕緣介質層的厚度為1nm-500nm。

在本公開的一些實施例中，所述柵絕緣介質層的長度小于所述柵極的長度，所述柵極的長度為1nm-10000nm；所述柵絕緣介質層設置在所述柵極和所述p型GaN帽層間的任一位置。

在本公開的一些實施例中，所述柵絕緣介質層材料為SiN、SiO₂、Al₂O₃、HfO₂、ZrO₂、ZnO中一種或多種。

在本公開的一些實施例中，所述襯底材料為III-V族化合物半導體材料。

在本公開的一些實施例中，所述p型GaN帽層是通過在勢壘層表面外延生長p型GaN層，然后刻蝕形成的。p型GaN帽層厚度為1nm-500nm。

在本公開的一些實施例中，所述p型GaN帽層中的雜質為鎂、鈣、碳中一種或多種，所述p型GaN帽層中的雜質的摻雜濃度為10¹⁶cm^-3至10²⁰cm^-3。

在本公開的一些實施例中，所述柵極與所述源極和/或所述漏極之間的接觸為歐姆接觸或肖特基接觸。