[发明专利]一种GaN基绝缘栅双极型晶体管及其加工方法

权利要求书

1.一种GaN基绝缘栅双极型晶体管，其特征在于，其芯片结构包括由下至上依次设置的衬底(101)、GaN或AlN缓冲层(102)、掩膜层(103)、GaN柱状层(104)、GaN集电区(105)、N型Al_xGa_1-xN缓冲层(106)、GaN漂移区(107A)和MOS结构区(107B)；所述的GaN柱状层是在未覆盖掩膜层的区域内继续生长的GaN六棱柱状结构，并在生长时通过改变生长条件使其逐渐增粗，并最终合并成一体；所述的N型Al_xGa_1-xN缓冲层中x值根据器件需求可调，并且0x≤1。

2.根据权利要求1所述的一种GaN基绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：所述的掩膜层为可阻止GaN二维平面生长、触发柱状生长的半导体工艺用的掩膜材料，其覆盖率在0~100%之间。

3.根据权利要求1所述的一种GaN基绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：在所述的GaN柱状层处实施剥离工艺，将衬底、GaN或AlN缓冲层从器件剥离掉。

4.根据权利要求1所述的一种GaN基绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：所述的GaN集电区是在GaN柱状层合并成一体之后继续平面二维生长的P型掺杂的GaN外延层。

5.根据权利要求1所述的一种GaN基绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：所述的GaN集电区是在GaN柱状层合并成一体之后继续平面二维生长的未掺杂的GaN外延层，在器件制备时通过离子注入II族的Mg或Zn元素以形成P型掺杂区。

6.根据权利要求1所述的一种GaN基绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：所述的N型Al_xGa_1-xN缓冲层的厚度大于50nm，以确保载流子无法隧穿通过该区域。

7.根据权利要求1所述的一种GaN基绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：所述的GaN漂移区、MOS结构区在外延生长过程中是相同材料，其中MOS结构区属于该区域的上半部分，用于制作MOS管结构。

8.一种GaN基绝缘栅双极型晶体管的加工方法，其特征在于，该晶体管的芯片结构包括由下至上依次设置的衬底、GaN或AlN缓冲层、掩膜层、GaN柱状层、GaN集电区、N型Al_xGa_1-xN缓冲层、GaN漂移区和MOS结构区，加工方法包括以下步骤：

（1）首先在衬底之上外延生长一层GaN或AlN缓冲层；

（2）生长完GaN缓冲层之后，在其上制备掩膜层，掩膜层覆盖率在0~100%之间；

（3）在制备掩膜层完成后，继续外延生长GaN柱状层；

（4）当GaN柱状层生长厚度超过5微米时，通过改变生长条件，促进GaN六棱柱逐渐增粗合并成一体后，继续向上平面二维生长GaN集电区；

（5）在GaN集电区之上生长一层N型Al_xGa_1-xN缓冲层，且0x≤1；

（6）在生长N型Al_xGa_1-xN缓冲层之后继续生长GaN外延层，即为GaN漂移区和MOS结构区；在MOS结构区进行MOS管结构的制作；

（7）在MOS结构区完成MOS管结构制作后，将芯片晶圆倒装键合到目标基板上，此时在GaN柱状层处实施剥离工艺，将衬底和GaN缓冲层从芯片晶圆上剥离掉；

（8）对所述的GaN集电区采用离子注入Mg元素的方法实现P型掺杂，然后制作集电极，从而完成GaN基绝缘栅双极型晶体管芯片的制备。