[发明专利]GaN基功率器件及其制备方法

说明书

本发明属于半导体器件技术领域，具体为GaN基功率器件及其制备方法。本发明采用p型多晶硅作为漏极，通过漏极的空穴注入，实现两种载流子同时导电，实现电导调制，从而降低器件的导通电阻R_on，并利用两种载流子的电负性相吸，有效减小器件的表面漏电和提高击穿电压。另外，本发明采用P型多晶硅栅极和漏极集成电路工艺实现增强型GaN基功率器件，以支持未来的硅基GaN量产化技术。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及GaN基功率器件及其制备方法。

背景技术

GaN第三代半导体因具有较宽的禁带宽度(3.4 eV)、高击穿场强(3 MV/cm)以及在室温可以获得很高的电子迁移率(1500 cm²/(V·s))、极高的峰值电子速度(3×10⁷ cm/s)和高二维电子气浓度(2×10¹³ cm²)，是制作高温、高压、高频大功率微波功率器件的理想材料，这些优点决定了AlGaN/GaN HEMT将在微波功率方面有着光明的应用前景，耗尽型AlGaN/GaN HEMTs器件及其MMIC芯片已在相控阵雷达T/R组件中得到批量应用，这也预示高速数模电路，高速功率变换有望成为GaN器件的新应用，并将可能在后者成为主流Si功率半导体器件及其集成的有力竞争对手之一。

因传统AlGaN/GaN HEMT器件存在的极化效应，在源漏电极之间形成了天然的电子沟道，导致器件呈耗尽型工作。为此，众多研究人员围绕增强型GaN新器件开展了深入的研究，并先后提出共源共栅结构（Cascode）、P-GaN等新技术及其功率集成方案。尽管增强型GaN器件有着ns量级的开关速度，可获得较Si功率器件更低的开关损耗，但在导通电阻R_on与硅相比不相上下，故导通损耗仍较高，未能充分体现GaN在高功率、高效率等方面的显著优势。松下（Panasonic）公司曾提出了在AlGaN/GaN漏端选择再生长P-GaN结构实现电导调制的GaN HEMTs器件，但在P-GaN半导体存在材料外延结构复杂、P型材料激活率低、刻蚀工艺不易监控等技术难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种器件导通电阻低、击穿电压高的GaN基功率器件及其制备方法。

本发明提供的GaN基功率器件制备方法，包括以下步骤：

选用SiC上AlGaN/GaN作为衬底；

在所述衬底上曝光出欧姆接触的源极图形，电子束蒸发第一金属，经过去胶剥离和退火后，形成器件的源极；

形成掩蔽层，曝光出器件的台面图形，干法刻蚀所述掩蔽层和所述AlGaN层并过刻，形成器件区；

光刻、刻蚀形成栅开口；

淀积多晶硅，进行p型掺杂并退火，得到p型多晶硅，光刻、刻蚀形成p型多晶硅栅极和p型多晶硅漏极，其中，所述p型多晶硅漏极的一部分形成于GaN层上，并与AlGaN/GaN叠层的侧面相接触，另一部分与AlGaN层上表面间形成有绝缘介质层；以及

在所述栅极和所述漏极上曝光金属引线的图形，电子束蒸发第二金属，经过去胶剥离，得到金属引线。

本发明制备方法中，优选为，所述掩蔽层为Si₃N₄。

本发明制备方法中，优选为，所述多晶硅的厚度为100 nm ~150 nm。

本发明制备方法中，优选为，所述p型多晶硅的掺杂浓度为5e¹⁸/cm³~3e¹⁹/cm³。