[發明專利]增強型AlGaN-GaN垂直超結HEMT及其制備方法

有效

• 申請號: 202011508741.2
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112614887B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 孫慧卿;張淼;夏曉宇;夏凡;馬建鋮;李淵;譚秀洋;郭志友;丁霄;黃志輝;王鵬霖
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06;H01L29/20;H01L29/205;H01L29/36;H01L29/423;H01L21/335
• 代理公司: 北京清控智云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11919
• 代理人: 仵樂娟

本發明涉及增強型AlGaN/GaN垂直超結HEMT及其制備方法，包括沿GaN基底表面邊緣設置的P型GaN柱，設置于GaN基底表面中間區域的N型GaN梯度柱，其摻雜濃度自遠離GaN基底的方向依次遞減，設置于所述P型GaN柱表面的P型GaN電流阻擋層，依次設置于所述P型GaN電流阻擋層和所述N型GaN梯度柱表面的N型溝道層和N型勢壘層，間隔分布的鈍化層和P型GaN帽層，以及截面呈π型的柵極；其有效調解了導通電阻和擊穿電壓不可兼顧的限制，并提高了飽和電流，以及更有效的高溫傳導。該制備方法中的工藝步驟使用的均是目前比較成熟的技術，能夠減少器件制造工藝過程中的損傷，提高器件的可靠性。

技術領域

本發明涉及微電子技術領域，具體涉及增強型AlGaN-GaN垂直超結HEMT及其制備方法。

背景技術

GaN具有禁帶寬度大、熱導率高、耐高溫、抗輻射、耐酸堿、高強度和高硬度等優異的性能特點，在高亮度藍、綠、紫和白光二極管，藍、紫色激光器以及抗輻射、高溫大功率微波器件等領域有著廣泛的應用潛力和良好的市場前景。

近年來，垂直型GaN基HEMT器件以其優異的性能，在大功率電力電子領域備受關注，研究改善垂直器件的擊穿和導通特性之間的矛盾已成為該領域一大熱點。如何更好地解決該問題，進一步提升功率器件性能，是本發明要解決的問題之一。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的首要目的是提供一種增強型AlGaN-GaN垂直超結HEMT及其制備方法，其提高了器件的性能，尤其是有效調解了導通電阻和擊穿電壓改善其一必將惡化另一的矛盾限制，并提高了飽和電流，以及更有效的高溫傳導。該制備方法中的工藝步驟使用的均是目前比較成熟的技術，能夠減少器件制造工藝過程中的損傷，提高器件的可靠性，滿足實際應用的要求。

另一方面，該垂直超結HEMT器件中選用對超結進行梯度摻雜的調制電場方式，實現了在不犧牲擊穿電壓的情況下降低導通電阻，同時采用特殊形狀的P型柵極縮小了被截斷的2DEG長度，在不影響擊穿電壓的情況下減少導通電阻并實現了飽和區電流的提高。另外本發明的制備方法采用選擇性區域生長工藝(SAG)和GaN的刻蝕工藝相結合，改善了P/N型GaN柱的外延生長，提高了器件的生長質量，保障了器件具有低的導通電阻和高飽和區電流。

基于此，本發明至少提供如下技術方案：

增強型AlGaN/GaN垂直超結HEMT，包括：N型GaN基底，包含第一表面及與該第一表面相對的第二表面；第一、第二P型GaN柱，設置于所述GaN基底第一表面；

N型GaN梯度柱，鄰接設置于所述第一、第二P型GaN柱之間，其摻雜濃度自遠離所述GaN基底的方向依次遞減，其厚度與所述P型GaN柱相等；

第一、第二P型GaN電流阻擋層，分別設置于所述P型GaN柱的表面；

第一、第二源極，分別設置于所述P型GaN電流阻擋層的部分表面；

N型GaN溝道層，設置于所述P型GaN電流阻擋層和所述N型GaN梯度柱的表面；

N型AlGaN勢壘層，設置于所述GaN溝道層的表面；

鈍化層和P型GaN帽層，自所述鈍化層開始，所述鈍化層與所述GaN帽層沿所述P型GaN柱指向所述N型GaN梯度柱的方向上交替分布于所述AlGaN勢壘層的表面，所述鈍化層的一側端面與所述源極鄰接；

柵極，自所述GaN帽層開始，設置于所述GaN帽層和所述鈍化層的表面，其中所述柵極下方的GaN帽層的厚度大于其下方所述鈍化層的厚度；

漏極，設置于所述GaN基底第二表面。

進一步地，所述柵極的截面呈“π”型。

進一步地，所述N型GaN梯度柱包含奇數個摻雜濃度沿遠離所述GaN基底的方向依次遞減的N型GaN柱。