[發明專利]GaN器件及制備方法

有效

• 申請號: 202110269228.0
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113053748B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 郁發新;莫炯炯;郎加順;張立星
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L29/778;H01L29/06;H01L29/08;H01L29/20;H01L29/205;H01L23/367;H01L23/373
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發明提供一種GaN器件及制備方法，GaN器件中包括襯底、第一勢壘層、第二勢壘層、單層石墨烯薄膜、SiN鈍化層及電極，其中，單層石墨烯薄膜位于漏極下方，且單層石墨烯薄膜的長度L_g與漏極的長度L_D及柵漏間距L_G?D的關系為L_DL_g(L_G?D+L_D)；本發明通過在GaN器件的漏極區插入具有零禁帶寬度、高導電及可作為金屬層使用的單層石墨烯薄膜，可以吸收單粒子輻照過程中產生的電子、空穴對，以構成抗輻照單層石墨烯薄膜，從而可避免載流子不斷積累而導致GaN器件的擊穿，且插入在漏極區的單層石墨烯薄膜，可同時增強GaN器件的散熱，從而避免熱量在柵?漏區的積累，以使得GaN器件具有良好的散熱性及可靠性。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，涉及一種GaN器件及制備方法。

背景技術

作為第三代半導體材料的代表，氮化鎵(GaN)具有如高臨界擊穿電場、高電子遷移率、高二維電子氣濃度和良好的高溫工作能力等許多優良的特性。因此，基于GaN的第三代半導體器件，由于其高耐壓、大功率的特性，現廣泛應用于如基站、通訊、雷達、衛星、導航系統等中。

由于GaN器件沒有氧化層，因此可以免于總劑量效應影響，但當將GaN器件應用于如衛星、導航系統中時，難以避免會受到輻照影響，會使GaN器件受到單粒子影響，而導致GaN器件的擊穿，即單粒子擊穿SEB(single event breakdown)。

因此，提供一種新型的GaN器件及制備方法，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GaN器件及制備方法，用于解決現有技術中GaN器件的抗單粒子輻照的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種GaN器件及制備方法，包括以下步驟：

提供襯底；

于所述襯底上形成異質外延疊層，所述異質外延疊層包括GaN溝道層及第一勢壘層；

于所述第一勢壘層上形成單層石墨烯薄膜；

圖形化所述單層石墨烯薄膜，顯露部分所述第一勢壘層；

形成第二勢壘層，所述第二勢壘層覆蓋所述單層石墨烯薄膜及第一勢壘層；

形成SiN鈍化層，所述SiN鈍化層覆蓋所述第二勢壘層；

形成電極，所述電極貫穿所述SiN鈍化層，所述電極包括源極、漏極及柵極，且所述單層石墨烯薄膜位于所述漏極下方，所述單層石墨烯薄膜的長度L_g與所述漏極的長度L_D及柵漏間距L_G-D的關系為L_DL_g(L_G-D+L_D)。

可選地，所述SiN鈍化層為原位SiN鈍化層，所述原位SiN鈍化層的厚度為50nm～300nm。

可選地，于所述第一勢壘層上形成單層石墨烯薄膜的方法包括薄膜轉移法。

可選地，所述異質外延疊層包括位于所述襯底與所述GaN溝道層之間的緩沖層，所述緩沖層包括AlGaN緩沖層及GaN緩沖層中的一種或組合。

可選地，所述第一勢壘層包括AlN勢壘層、AlGaN勢壘層、InAlN勢壘層或InAlGaN勢壘層；所述第二勢壘層包括AlN勢壘層、AlGaN勢壘層、InAlN勢壘層或InAlGaN勢壘層。

可選地，位于所述單層石墨烯薄膜下表面的所述第一勢壘層與位于所述單層石墨烯薄膜上表面的所述第二勢壘層具有相同的材質及厚度。