[發明專利]橋式GaN器件及其制備方法

有效

• 申請號: 202010659813.7
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111540674B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 莫炯炯;郁發新;陳華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/335;H01L29/10;H01L29/423;H01L29/778
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 佟婷婷

本發明提供一種橋式GaN器件及其制備方法，制備包括：提供具有緩沖結構和外延結構的半導體基底，在外延結構上形成鈍化層，制備源極電極和漏極電極，制備柵極溝槽，形成橋式柵極結構。本發明通過堆疊多個二維電子氣通道來增加晶體管的功率密度；通過橋式柵極結構的設計，基于埋入外延結構中的柵極，通過經由橫向柵極電場調制二維電子氣的寬度來控制漏極電流，減輕了源自電子速度調制的跨導的滾降，降低了跨導的峰值，實現了跨導變化的平坦化，提高了器件的線性度；本發明基于懸空橋式柵極結構的設計，消除了表面的高電場區域，解決了由此造成的電流衰減、崩塌效應，接觸頂柵的缺乏還消除了柵漏極端的垂直電場，大大抑制了反壓電效應并提高了可靠性。

技術領域

本發明屬于GaN器件制備技術領域，特別是涉及一種橋式GaN器件及其制備方法。

背景技術

如今，人類的生產生活離不開電力，而隨著人們節能意識的提高，高轉換效率的功率半導體器件已經成為國內外研究的熱點。功率半導體器件應用廣泛，如家用電器、電源變換器和工業控制等，不同的額定電壓和電流下采用不同的功率半導體器件。高電子遷移率晶體管（HEMT，High Electron Mobility Transistor）是國內外發展熱點，且已經在諸多領域取得突破，尤其在高溫、高功率以及高頻等方面具有廣闊應用前景。

GaN晶體管因其出色的材料性能，例如：帶隙寬，臨界電場大，電子遷移率高，飽和速度高和自發和壓電極化效應引起的高密度二維電子氣（2DEG），在功率開關和射頻領域有很好應用。目前，GaN器件由于其優越性能，廣泛應用于功率器件及射頻器件中。但GaN器件在表面容易產生缺陷，并導致電流崩塌效應。同時，為了進一步提升GaN器件在大功率、高頻應用，需在器件耐壓，功率密度，寄生電容，線性度等方面做改進。

因此，如何提供一種橋式GaN器件及其制備方法以解決上述問題實屬必要。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種橋式GaN器件及其制備方法，用于解決現有技術中GaN器件表面容易產生缺陷，容易電流崩塌以及GaN器件耐壓、功率密度、線性度等難以提升等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種橋式GaN器件的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

提供半導體基底，所述半導體基底自下而上包括：半導體襯底、緩沖結構以及外延結構，其中，所述外延結構包括至少一層GaN溝道層及至少一層勢壘層，所述GaN溝道層與所述勢壘層交替間隔排布；

于所述外延結構上形成鈍化層，所述鈍化層中形成有顯露所述外延結構的源極開口及漏極開口；

于所述源極開口對應的所述外延結構表面形成源極電極，于所述漏極開口對應的所述外延結構表面形成漏極電極；

于所述半導體基底中形成柵極溝槽結構，所述柵極溝槽結構形成于所述源極電極及所述漏極電極之間且包括若干個柵極子溝槽，所述柵極子溝槽停止于所述緩沖結構中；

至少于所述柵極子溝槽中沉積導電材料層以形成橋式柵極結構，其中，所述橋式柵極結構包括第一部分以及與所述第一部分相連接的第二部分，所述第一部分包括若干個柵極子結構，所述第二部分形成于所述第一部分上并與各所述柵極子結構相連接。

可選地，所述柵極子結構形成于所述柵極子溝槽中并高出所述半導體基底表面預設間距。

可選地，形成所述橋式柵極結構的步驟包括：

于形成有所述柵極溝槽結構的所述半導體基底上形成第一中間掩膜層，所述第一中間掩膜層中形成有若干個第一開口，所述第一開口與所述柵極子溝槽對應；

于所述第一中間掩膜層上形成第二中間掩膜層，所述第二中間掩膜層中形成有第二開口，所述第二開口連通各所述第一開口；