[發明專利]一種氮化鎵P溝道器件

在審

• 申請號: 202210174673.3
• 申請日: 2022-02-24
• 公開（公告）號: CN114551573A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 周琦;蔡永蓮;陳匡黎;王守一;衡姿余;李競研;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學;電子科技大學廣東電子信息工程研究院
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/20;H01L29/205;H01L29/78
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明屬于半導體技術領域，涉及一種氮化鎵P溝道器件(P?MOSFET)。本發明中氮化鎵P?MOSFET的AlGaN勢壘層具有漸變Al組分，利用漸變Al組分AlGaN勢壘層和P?GaN溝道層之間的極化效應，在P?GaN/AlGaN異質結界面產生二維空穴氣(2DHG)，形成導電空穴溝道，從而形成氮化鎵P?MOSFET。本發明的有益效果：利用漸變Al組分AlGaN勢壘層，可以通過調節漸變Al組分AlGaN勢壘層中各層的Al組分調節AlGaN與P?GaN溝道層之間的極化強度，從而調節極化產生的2DHG濃度、氮化鎵P?MOSFET的閾值電壓和電流能力；同時，也可以通過調節AlGaN勢壘層中各層的Al組分，調節AlGaN/GaN異質結界面二維電子氣(2DEG)濃度，從而實現氮化鎵P?MOSFET和氮化鎵N?MOSFET的單片集成。

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，涉及一種氮化鎵P溝道器件。

背景技術

氮化鎵材料作為第三代寬禁帶代半導體材料，具有寬禁帶、高功率密度、化學性質穩定、耐高溫、耐腐蝕、抗輻射，適合高頻、大功率應用。AlGaN/GaN異質結界面處由于材料極化效應而引起的2DEG具有高濃度、高遷移率的特點，因此器件可以實現高開關頻率和低導通損耗。近10年GaN HEMT技術高速發展并逐步成熟，目前的GaN HEMT已經應用到快充、數據中心、地電動汽車等重要領域。GaN HEMT相較于Si基功率器件具有更小的導通電阻、更小的寄生電容，更低的快關損耗。工作速度快、轉換效率高、功率密度大是GaN HEMT功率器件的核心性能優勢。為了進一步提高GaN HEMT在高頻低功耗方面的發展，全GaN的集成技術稱為GaN器件的發展趨勢。

但是目前只有成熟的GaN N型器件，全GaN單片集成只能利用全N-HEMT，電路復雜且功耗高。利用CMOS能夠實現低的靜態功耗，簡化電路設計，提高IC性能。因此，目前GaN全集成需要解決的問題是：實現氮化鎵P-MOSFET。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種氮化鎵P溝道器件(P-MOSFET)，如圖1、圖2所示。利用漸變Al組分AlGaN做勢壘層，AlGaN勢壘層的Al組分可以是漸變也可以是陡變。利用P-GaN/AlGaN之間的極化效應，可以在其界面產生高密度的2DHG，實現氮化鎵P-MOSFET。同時，通過調節AlGaN各層的Al組分，可以調節氮化鎵P-MOSFET的器件電流能力、閾值電壓。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種氮化鎵P溝道器件，如圖1、圖2所示，從下至上依次包括層疊設置的襯底01、位于襯底01上方的緩沖層02、位于緩沖層02上方的AlGaN勢壘層03、位于AlGaN勢壘層03上方的P-GaN溝道層04；所述P-GaN溝道層04與AlGaN勢壘層03構成異質結；在P-GaN溝道層04上表面覆蓋有鈍化層05；還包括凹槽柵結構，凹槽柵結構的凹槽位于P-GaN溝道層04中，在凹槽底部和側壁覆蓋有柵介質層06，且柵介質層06還沿鈍化層05上表面向兩側延伸至覆蓋鈍化層05上表面，柵介質層06中淀積有柵極金屬08，P-GaN溝道層04、柵介質層06和柵極金屬08構成MIS柵結構；在所述P-GaN溝道層04上表面一端具有源極歐姆金屬07，源極歐姆金屬07的側面與鈍化層05和柵介質層06接觸；在所述P-GaN溝道層04的另一端具有漏極歐姆金屬09，漏極歐姆金屬09的側面與鈍化層05和柵介質層06接觸；其特征在于，所述AlGaN勢壘層03中的Al組分為漸變的，其漸變方式為從靠近緩沖層02的一端到靠近P-GaN溝道層04一端逐漸增加。

進一步的，所述P-GaN溝道層04的摻雜濃度1～5(x10¹⁷cm^-3)，厚度為60-120nm。

進一步的，所述漸變Al組分AlGaN勢壘層03的Al組分的變化范圍在0-1之間。Al組分可以是漸變(如圖1所示)，也可以是突變(如圖2所示)。

進一步的，所述襯底材料01可以為Si、藍寶石、SiC和GaN中一種。