[发明专利]一种基于离子注入的GaN功率器件及其制造方法

权利要求书

1.一种基于离子注入的GaN功率器件，其特征在于：包括由下往上依次设置的GaN缓冲层（2）、GaN沟道层（3）和AlGaN势垒层（4），所述AlGaN势垒层（4）上设置有源电极（5）、栅电极（8）和漏电极（6），其中所述源电极（5）和漏电极（6）均为欧姆接触，所述栅电极（8）为肖特基接触，且各电极之间覆盖有与AlGaN势垒层（4）相连接的钝化层（7），所述AlGaN势垒层（4）与GaN沟道层（3）为异质结构且在两者的界面处由于极化效应而形成有作为GaN功率器件横向工作导电沟道的二维电子气，所述GaN缓冲层（2）中由GaN缓冲层（2）的底面通过离子注入形成有离子隔离区（10），所述离子隔离区（10）位于GaN缓冲层（2）的上部并与GaN沟道层（3）相连接，且所述GaN缓冲层（2）中设置了离子隔离区（10）后而在GaN缓冲层（2）的底面键合有高导热衬底（11）。

2.一种基于离子注入的GaN功率器件的制造方法，该方法用于制造上述权利要求1所述的GaN功率器件，其特征在于包括以下步骤：

① 利用金属有机化学气相沉积法在生长衬底（1）上依次外延生长GaN缓冲层（2）、GaN沟道层（3）和AlGaN势垒层（4）；

② 在AlGaN势垒层（4）上使用紫外光刻制备第一次掩膜，作为有源区台面刻蚀的图案，并使用干法刻蚀工艺进行台面刻蚀以实现分立的GaN功率器件，刻蚀深度为50nm～200nm；

③ 通过光刻在AlGaN势垒层（4）上进行第二次掩膜制备，蒸镀源电极和漏电极的金属，并使用有机溶剂进行超声对金属剥离，获得源电极（5）和漏电极（6）的金属图形，且通过快速热退火工艺实现源电极（5）和漏电极（6）与AlGaN势垒层（4）的欧姆接触；

④ 在AlGaN势垒层（4）的表面上沉积厚度为50nm～500nm的钝化层（7），并使用光刻制备掩膜，在钝化层（7）上刻蚀源电极窗口、漏电极窗口以及栅槽；

⑤ 在栅槽中沉积用于形成栅电极（8）的金属，且栅电极（8）与AlGaN势垒层（4）形成肖特基接触；

⑥ 在钝化层（7）的表面上制备一层覆盖了源电极（5）、漏电极（6）和栅电极（8）的绝缘层作为临时转移层（9）；

⑦ 去除生长衬底（1），露出GaN缓冲层（2）的底面，并从GaN缓冲层（2）的底面通过离子注入而在GaN缓冲层（2）中形成一高阻的离子隔离区（10），且该离子隔离区（10）位于GaN缓冲层（2）的上部并与GaN沟道层（3）相连接；

⑧ 在GaN缓冲层（2）的底面上生长一层键合材料，并通过该层键合材料键合有高导热衬底（11）；

⑨ 去除临时转移层（9），完成整个GaN功率器件的制备。

3.根据权利要求2所述的基于离子注入的GaN功率器件的制造方法，其特征在于：所述源电极和漏电极的金属均选自 Ti、 Al、 Mo、Au、Ni、W中的一种或几种的组合或它们的合金，厚度为50～200 nm，且快速热退火工艺是在氮气环境下进行，处理温度为700～950℃。

4.根据权利要求2所述的基于离子注入的GaN功率器件的制造方法，其特征在于：所述钝化层选择由PECVD、LPCVD、ALD或Sputter沉积制备的SiN_x、SiO₂、SiNO、Al₂O₃、AlN中的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的基于离子注入的GaN功率器件的制造方法，其特征在于：所述栅电极的金属选自Ni、Au、Pt、Al、TiW、TiN中的一种或几种的组合，厚度为 50～200nm。

6.根据权利要求2所述的基于离子注入的GaN功率器件的制造方法，其特征在于：所述键合材料为Au、Sn、In、Ti、Ni、Pt、Pb中的一种或几种的组合或它们的合金。

7.根据权利要求2所述的基于离子注入的GaN功率器件的制造方法，其特征在于：所述键合的温度为200～350℃，压力为0～5000 Kg。

8.根据权利要求2所述的基于离子注入的GaN功率器件的制造方法，其特征在于：所述高导热衬底为热导性好的硅或铜或碳化硅或陶瓷。