[發明專利]基于插指狀復合金剛石層的GaN HEMT及制備方法

有效

• 申請號: 202011389878.0
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112510089B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 武玫;馬曉華;程可;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插指狀復合金剛石層的GaN HEMT及制備方法；該GaN HEMT包括襯底、中間層和介質層；中間層包括勢壘層和緩沖層；源、漏、柵電極穿過介質層與勢壘層接觸；中間層沿柵寬方向刻蝕有插指型凹槽，插指型凹槽正上方的介質層形成第一插指結構；第一插指結構在水平方向位于柵、漏電極之間并與柵電極相鄰；柵、漏電極之間的介質層上生長有復合金剛石散熱層，包括上層的納米金剛石層和下層的p型摻雜金剛石層；p型摻雜金剛石層呈第二插指結構；第二插指結構與第一插指結構無縫對接；柵電極上端向漏電極的方向延伸，以實現柵電極與p型摻雜金剛石層的接觸。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，具體涉及基于插指狀復合金剛石層的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

GaN作為第三代半導體的代表材料，其應用前景非常廣闊。由于GaN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、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插指狀復合金剛石層的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插指狀復合金剛石層的GaN HEMT，包括自下而上設置的襯底、中間層以及介質層；所述中間層包括自上而下設置的勢壘層和GaN材質的緩沖層；所述GaN HEMT還包括：源電極、漏電極以及柵電極；其中，

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；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；

所述中間層上沿柵寬方向刻蝕有插指型凹槽，所述插指型凹槽正上方的介質層形成第一插指結構；所述第一插指結構在水平方向上位于所述柵電極和所述漏電極之間并與所述柵電極相鄰；

所述柵電極和所述漏電極之間的介質層上表面還生長有復合金剛石層；所述復合金剛石層包括：上層的納米金剛石層和下層的p型摻雜金剛石層；其中，上層的納米金剛石層部分覆蓋或全部覆蓋所述柵電極和所述漏電極之間的介質層的上表面，下層的p型摻雜金剛石層呈第二插指結構，所述第二插指結構與所述第一插指結構無縫對接；

所述柵電極的上端向所述漏電極的方向延伸，以實現所述柵電極與所述p型摻雜金剛石層的接觸。

優選地，所述p型摻雜金剛石層的材質為硼摻雜金剛石。

優選地，所述p型摻雜金剛石層的厚度大于或等于所述插指型凹槽的最大槽深度，所述納米金剛石層的厚度為0.5μm～1μm。

優選地，所述納米金剛石層的長度占所述柵電極和所述漏電極之間的水平間距的50％～100％。

優選地，所述介質層的材質為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。

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；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。