[發明專利]基于p型摻雜金剛石散熱層的GaN HEMT及制備方法

在審

• 申請號: 202011384359.5
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112466943A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 馬曉華;程可;武玫;朱青;張濛;侯斌;楊凌;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/06;H01L29/20;H01L23/367;H01L23/373
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明公開了一種基于p型摻雜金剛石散熱層的GaN HEMT及制備方法；該GaN HEMT包括自下而上設置的襯底、GaN材質的緩沖層、勢壘層、介質層以及頂部散熱層，還包括：源電極、漏電極以及柵電極；其中，在水平方向上，所述柵電極位于所述源電極和所述漏電極之間，所述頂部散熱層位于所述柵電極和所述漏電極之間并與所述柵電極相接觸；所述源電極、所述漏電極以及所述柵電極分別穿過所述介質層與所述勢壘層相接觸；所述柵電極的上端向所述漏電極的方向延伸，以覆蓋所述頂部散熱層的部分表面；所述頂部散熱層為p型摻雜金剛石層。本發明可以提高GaN HEMT在微波大功率場景下的散熱能力。

技術領域

本發明屬于半導體器件領域，具體涉及基于p型摻雜金剛石散熱層的 GaN(氮化鎵)HEMT(High Electron Mobility Transistor，高電子遷移率晶體管) 及制備方法。

背景技術

氮化鎵作為第三代半導體的代表材料，其應用前景非常廣闊。由于氮化鎵禁帶寬度大，電子飽和速度高等特點，使其在軍事、航空航天、通訊等高頻大功率領域有其獨特優勢。隨著半導體器件集成度越來越高，伴隨的高產熱現象也不可避免，器件的自熱效應積累不僅會使器件飽和電流、跨導等基本性能下降，更嚴重時可能會使器件失效。

GaN自身的熱導率只有130W/(m·K)(瓦/米·開爾文)，目前的GaN HEMT中，常用的襯底主要包括SiC(碳化硅)襯底、Si(硅)襯底以及藍寶石襯底等等。其中，即便是采用高熱導率的SiC襯底，也遠不能滿足未來微波大功率場景下的GaN效應管對散熱的需求。

發明內容

為了進一步提高GaN HEMT在微波大功率場景下的散熱能力，本發明提供了一種基于p型摻雜金剛石散熱層的GaN HEMT及制備方法。

本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

第一方面，本發明提供了一種基于p型摻雜金剛石散熱層的GaN HEMT，包括自下而上設置的襯底、GaN材質的緩沖層、勢壘層、介質層以及頂部散熱層，還包括：源電極、漏電極以及柵電極；其中，

在水平方向上，所述柵電極位于所述源電極和所述漏電極之間，所述頂部散熱層位于所述柵電極和所述漏電極之間并與所述柵電極相接觸；

所述源電極、所述漏電極以及所述柵電極分別穿過所述介質層與所述勢壘層相接觸；

所述柵電極的上端向所述漏電極的方向延伸，以覆蓋所述頂部散熱層的部分表面；所述頂部散熱層為p型摻雜金剛石層。

優選地，所述p型摻雜金剛石層為硼摻雜金剛石層。

優選地，所述p型摻雜金剛石層的厚度為0.5μm～1μm。

優選地，所述p型摻雜金剛石層的長度大于或等于所述柵電極和所述漏電極之間的水平間距的50％，且所述p型摻雜金剛石層與所述漏電極不接觸。

優選地，所述介質層為SiN層；所述SiN層的厚度為10nm～60nm。

優選地，所述勢壘層的材質為AlGaN(鋁鎵氮)。

優選地，所述源電極和所述漏電極均為由鈦、鋁、鎳以及金自下而上組成的四層金屬堆棧結構。

優選地，所述柵電極為由鎳和金自下而上組成的雙層金屬堆棧結構。

第二方面，本發明提供了一種基于p型摻雜金剛石散熱層的GaN HEMT 的制備方法，包括：

步驟S1：獲取外延襯底；所述外延襯底包括自下而上設置的襯底、緩沖層以及勢壘層；所述緩沖層的材質為GaN；

步驟S2：利用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等離子體增強化學氣相沉積)工藝在所述勢壘層上生長介質層；