[發明專利]一種高耐壓雙柵極橫向HEMT器件及其制備方法

有效

• 申請號: 202110259511.5
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113113469B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 尹以安;李佳霖
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/423;H01L29/778;H01L21/28;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

1.一種高耐壓雙柵極橫向HEMT器件，其特征在于，包括：襯底、位于襯底上的GaN緩沖層以及依次層疊于GaN緩沖層上的GaN溝道層、AlN插入層和AlGaN勢壘層組成的疊層，還包括p型埋層、位于p型埋層上的p型柵極和位于勢壘層上的源極、漏極和Γ型柵；其中，

沿厚度方向上，p型埋層自所述緩沖層靠近溝道層的表面朝向緩沖層中遠離所述溝道層的一側延伸一定深度；

源極和漏極位于勢壘層表面；

源極和漏極之間還設置一柵槽，該柵槽延伸至勢壘層中一定深度，一高介電介質層設置于該柵槽內壁，Γ型柵位于該柵槽中并沿柵槽指向漏極的方向延伸；

所述柵極與所述疊層之間設置有第一鈍化層，所述Γ型柵與源極之間以及所述Γ型柵與漏極之間設置有第二鈍化層；

沿長度方向上，p型埋層自柵極下方延伸至柵槽下方，所述p型埋層在所述緩沖層中離子注入形成，p型埋層與GaN溝道層形成PN結；

在器件工作狀態下，p型柵極接正電壓，Γ型柵接正電壓，源極接負電壓，漏極接正電壓，所述PN結正向導通；

在器件關斷狀態下，p型柵極接負電壓，Γ型柵接負電壓，源極接負電壓，漏極接正電壓，所述PN結反向截止。

2.根據權利要求1的所述高耐壓雙柵極橫向HEMT器件，其特征在于，所述p型埋層的摻雜濃度大于等于10⁸cm^-3，厚度為70~150nm，長度為3~5μm。

3.根據權利要求1的所述高耐壓雙柵極橫向HEMT器件，其特征在于，AlGaN勢壘層、高介電介質層和Γ型柵構成MIS?Γ型槽柵結構。

4.根據權利要求1至3之一的所述高耐壓雙柵極橫向HEMT器件，其特征在于，所述p型埋層選用F⁺離子源注入緩沖層中形成。

5.根據權利要求1至3之一的所述高耐壓雙柵極橫向HEMT器件，其特征在于，所述GaN溝道層的厚度為8~15nm；所述勢壘層選用Al組分為1%~3%，厚度為15~30nm?的AlGaN勢壘層；所述AlN插入層的厚度為1~2nm。

6.根據權利要求1至3之一的所述高耐壓雙柵極橫向HEMT器件，其特征在于，所述高介電介質層選用HfO₂、Al₂O₃或TiO₂，其厚度為4~6nm。

7.根據權利要求1至3之一的所述高耐壓雙柵極橫向HEMT器件，其特征在于，所述鈍化層包括SiN_x、SiO₂、HfO₂或Al₂O₃。

8.根據權利要求1至3之一的所述高耐壓雙柵極橫向HEMT器件，其特征在于，所述柵槽靠近所述源極。

9.一種高耐壓雙柵極橫向HEMT器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

在襯底上外延生長GaN緩沖層；

在所述緩沖層的特定區域離子注入形成p型埋層；

在所述p型埋層以及緩沖層的表面依次外延生長GaN溝道層、AlN插入層和AlGaN勢壘層形成疊層；

刻蝕該疊層的預定區域暴露部分p型埋層區域；

在p型埋層和AlGaN勢壘層表面沉積鈍化層；

刻蝕p型埋層表面的鈍化層和勢壘層表面的鈍化層，形成柵極和源/漏極開孔；

沉積金屬層形成歐姆接觸的源/漏極和p型柵極，所述p型柵極與所述疊層之間設置有鈍化層；

刻蝕源極和漏極之間的鈍化層至勢壘層中一定深度形成柵槽；

在柵槽內壁生長一定厚度的高介電介質層；

沉積金屬層形成肖特基接觸的Γ型柵，所述Γ型柵與所述源極和所述漏極之間設置有鈍化層；

其中，所述特定區域是指，沿厚度方向上，p型埋層自所述緩沖層靠近溝道層的表面朝向緩沖層中遠離所述溝道層的一側延伸一定深度，沿長度方向上，p型埋層自p型柵極下方延伸至柵槽下方，p型埋層與GaN溝道層形成PN結；

在器件工作狀態下，p型柵極接正電壓，Γ型柵接正電壓，源極接負電壓，漏極接正電壓，所述PN結正向導通；

在器件關斷狀態下，p型柵極接負電壓，Γ型柵接負電壓，源極接負電壓，漏極接正電壓，所述PN結反向截止。