[發明專利]基于陣列條的增強型開關晶體管及其制作方法

在審

• 申請號: 202111150830.9
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113903802A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 毛維;裴晨;楊翠;杜鳴;馬佩軍;張鵬;張進成;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;H01L29/423;H01L29/40;H01L21/335
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

1.一種基于陣列條的增強型開關晶體管，自下而上包括：襯底(1)、過渡層(2)和勢壘層(3)，勢壘層(3)上部設有P-GaN柵(4)，P-GaN柵(4)上部淀積有柵金屬(8)，勢壘層(3)的上部左、右側邊緣分別設有源極(6)和漏極(7)，其特征在于：

所述P-GaN柵(4)與漏極(7)之間的勢壘層(3)上設有調制電極(5)，該調制電極(5)由下部的陣列條(51)與上部的條金屬(52)構成；

所述陣列條(51)由m個等間距的隔離條組成，這m個隔離條在勢壘層(3)上水平放置且平行排列，相鄰兩隔離條的間距為w，各隔離條摻雜濃度均為5×10¹⁵～1×10²²cm^-3，第1個隔離條與器件上邊界的距離和第m個隔離條與器件下邊界的距離均為u；其中m為正整數，且滿足m＝1時u0μm，m1時u≥0μm。

2.根據權利要求1所述的器件，其特征在于，襯底(1)采用藍寶石或碳化硅或硅或石墨烯或其他材料。

3.根據權利要求1所述的器件，其特征在于，陣列條(51)中各隔離條厚度相等且均小于或等于P-GaN柵(4)的厚度。

4.根據權利要求1所述的器件，其特征在于，所述陣列條(51)的右端與漏極(7)的左端之間的水平距離d≥0μm。

5.根據權利要求1所述的器件，其特征在于，所述條金屬(52)與漏極(7)電氣連接。

6.根據權利要求1所述的器件，其特征在于，所述漏極(7)的最底層金屬選用與勢壘層(3)功函數相接近的金屬，確保漏極(7)與勢壘層(3)之間形成良好的歐姆接觸。

7.一種基于陣列條的增強型開關晶體管制作方法，其特征在于，包括如下步驟：

A)在襯底(1)上外延GaN基寬禁帶半導體材料，形成過渡層(2)；

B)在過渡層(2)上外延GaN基寬禁帶半導體材料，形成厚度為a的勢壘層(3)；

C)在勢壘層(3)上外延P型GaN半導體材料，形成厚度為b、摻雜濃度為5×10¹⁵～1×10²²cm^-3的P型GaN層；

D)在P型GaN層上第一次制作掩膜，利用該掩膜對P型GaN層進行刻蝕，刻蝕至勢壘層(3)的上表面為止，形成1個左側厚度為b的P-GaN柵(4)和右側厚度為b的m個等間距且平行排列的P-GaN塊，且相鄰兩P-GaN塊的間距為w；

E)在勢壘層(3)、P-GaN柵(4)和m個P-GaN塊上第二次制作掩膜，利用該掩膜對P-GaN塊進行刻蝕，刻蝕深度f大于或等于0μm且小于P-GaN柵(4)的厚度，形成右側厚度為c的m個等間距的隔離條，即f+c＝b；且當c≤5nm時器件在平衡狀態下各隔離條對其下部勢壘層(3)與過渡層(2)之間所形成溝道中的二維電子氣幾乎無耗盡作用，而當c5nm時器件在平衡狀態下各隔離條對其下部勢壘層(3)與過渡層(2)之間所形成溝道中的二維電子氣的耗盡作用會隨著隔離條厚度c的增加而逐漸增加；第1個隔離條與器件上邊界的距離和第m個隔離條與器件下邊界的距離相等，即均為u，這m個隔離條構成了陣列條(51)，其中m為正整數，且滿足m＝1時u0μm，m1時u≥0μm；

F)在勢壘層(3)、P-GaN柵(4)和陣列條(51)上第三次制作掩模，利用該掩膜在左右兩側的勢壘層(3)上部淀積金屬，并進行快速熱退火，完成源極(6)和漏極(7)的制作，該漏極(7)左端和陣列條(51)右端的水平距離d≥0μm；

G)在勢壘層(3)、P-GaN柵(4)、陣列條(51)、源極(6)和漏極(7)上第四次制作掩膜，利用該掩膜在P-GaN柵(4)上部淀積金屬，完成柵金屬(8)的制作；

H)在勢壘層(3)、P-GaN柵(4)、陣列條(51)、源極(6)、漏極(7)和柵金屬(8)上第五次制作掩膜，利用該掩膜在陣列條(51)中的每個隔離條上部淀積金屬，形成條金屬(52)，并將該條金屬(52)與漏極(7)電氣連接，完成整個器件的制作。