[发明专利]GaN基功率器件的栅极结构及其制作方法

说明书

本发明公开了一种GaN基功率器件的栅极结构及其制作方法。栅极结构包括依次设置的介质层、第一过渡层、第二过渡层和堆叠栅电极层，在第一过渡层和第二过渡层之间还设置有一层以上的功函数层，功函数层包括基础材料层，在基础材料层上设置有一个以上的窗口，窗口内填充有复合材料，复合材料至少由形成基础材料层的基础材料与功函数调节材料复合形成；基础材料选自金属化合物，功函数调节材料选自金属材料。本发明实施例提供的GaN基功率器件的栅极结构功函数层内的功函数调节材料元素分层分布和/或图形化分布控，能有效调制GaN基功率器件的栅极区域电流和电场密度分布，解决引入功函数层带来的不利影响，使器件达到热平衡以及能够提高器件的击穿电压。

技术领域

本发明特别涉及一种GaN基功率器件的栅极结构及其制作方法，属于微电子技术领域。

背景技术

电力电子是人类工业生产活动中的核心，因此如何发展更高效率、更低损耗的电力电子技术，对于解决全球能源危机，建设绿色生态有着至关重要的意义。在目前的诸多电力电子能源转换/传输的解决方案中，采用具有优异性能的新型功率半导体器件，被认为是实现这一人类终极目标的良好解决方案。以氮化镓为代表的宽禁带化合物半导体材料，其远优于传统硅材料的器件特性，正获得越来越广泛的关注。氮化镓基AlGaN/GaN HEMTs(High Mobility Electron Transistors)功率器件由于其易于实现的异质结构(Heterojunction)、高浓度的二维电子气(2DEG)、高的沟道电子迁移率、高的击穿电场及相对简单的制造工艺而成为宽禁带化合物半导体器件应用于高速、高频、高效的场合中具有里程碑意义的典型代表。

在高压高性能的氮化镓基功率器件领域，器件的栅极往往会采用MOS结构且阈值电压需要能够更精确的控制，而传统的MOS结构栅极由介质层和堆叠栅电极层组成无法实现更好的调节阈值电压。引入功函数层的MOS栅极结构往往会给氮化镓基功率器件栅极区域的电场和电流分布带来不利影响，降低了栅极击穿电压和引起栅极区域的热失配，这对于追求高压大电流高频率的功率器件的影响是难以接受的。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种GaN基功率器件的栅极结构及其制作方法，使得在栅极的制作过程中，不仅能更精确的调节器件的阈值电压，而且可以有效调制GaN基功率器件的栅极区域电流和电场密度分布，从而使器件达到热平衡以及提高器件的击穿电压，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种GaN基功率器件的栅极结构，包括依次设置的介质层、第一过渡层、第二过渡层和堆叠栅电极层，以及，在所述第一过渡层和第二过渡层之间还设置有一层以上的功函数层，所述功函数层包括基础材料层，在所述基础材料层上设置有一个以上的窗口，所述窗口内填充有复合材料，所述复合材料至少由形成基础材料层的基础材料与功函数调节材料复合形成；所述第一过渡层和第二过渡层的材质与所述基础材料层的材质相同，其中，所述基础材料选自金属化合物，所述功函数调节材料选自金属材料。

本发明实施例还提供了一种GaN基功率器件栅极结构的制作方法，其包括：

制作形成介质层的步骤；以及于所述介质层上依次制作形成第一过渡层、一层以上的功函数层、第二过渡层和堆叠栅电极层的步骤；

所述功函数层包括基础材料层以及填充在所述基础材料层内的复合材料，所述复合材料至少由形成基础材料层的基础材料与功函数调节材料复合形成；所述第一过渡层和第二过渡层的材质与所述基础材料层采用相同的材料形成，其中，所述基础材料选自金属化合物，所述功函数调节材料选自金属材料。

本发明实施例还提供了一种GaN基功率器件，其包括所述的GaN基功率器件的栅极结构，所述栅极结构设置在GaN基功率器件的衬底结构上。