[发明专利]GaN功率半导体器件及其制造方法

权利要求书

1.一种GaN功率半导体器件，包括有由下至上依次层叠的衬底（1）、缓冲层（2）、沟道层（3）、势垒层（4），及设置于所述势垒层（4）上的源极（5）、漏极（6）和位于两者之间的栅极，其特征在于，所述栅极包括第一类栅极结构和第二类栅极结构，存在第一类栅极结构和第二类栅极结构位于同一栅极上，且同一栅极上的第一类栅极结构和第二类栅极结构同层设置且在垂直于所述功率半导体器件厚度的方向上依次设置，且在同一源极（5）两侧分布有第一类栅极结构和第二类栅极结构，同一所述源极（5）两侧的第一类栅极结构和第二类栅极结构正对设置；

所述第一类栅极结构包括依次层叠设置的p-GaN层（7）、第一金属层（8）和第三金属层（15），所述p-GaN层（7）连接在所述势垒层（4）的表面；

所述第二类栅极结构包括依次层叠设置的第一介质层（12）、第二金属层（13）、第二介质层（14）和第三金属层（15），所述第一介质层（12）连接在所述沟道层（3）的表面。

2.根据权利要求1所述的GaN功率半导体器件，其特征在于，所述源极（5）和漏极（6）在所述势垒层（4）上交替设置，存在至少两种不同类型的栅极结构位于不同的栅极上。

3.根据权利要求1所述的GaN功率半导体器件，其特征在于，所述第一金属层（8）包括Ni/Au金属叠层。

4.根据权利要求1所述的GaN功率半导体器件，其特征在于，所述沟道层（3）为GaN，所述势垒层（4）为AlGaN。

5.根据权利要求4所述的GaN功率半导体器件，其特征在于，所述沟道层（3）与所述势垒层（4）之间插入有AlN层。

6.根据权利要求1所述的GaN功率半导体器件，其特征在于，还包括设置于所述势垒层（4）上方的介质层和钝化层（9），所述钝化层（9）至少覆盖所述源极（5）、漏极（6）和栅极的表面。

7.一种GaN功率半导体器件的制造方法，用于制备权利要求1-6任一项所述的GaN功率半导体器件，其特征在于，包括以下步骤：

于一衬底上依次形成缓冲层（2）、沟道层（3）、势垒层（4）、p-GaN层（7）和第一金属层（8）；

刻蚀掉非第一类栅极结构区域的p-GaN层和非第一类栅极区域的第一金属层，形成第一类栅极结构（10）；

于势垒层（4）表面上形成源极（5）、漏极（6）和第二类栅极结构（11）；

沉积一钝化层（9），所述钝化层（9）覆盖于上述步骤形成的结构上方。

8.根据权利要求7所述的GaN功率半导体器件的制造方法，其特征在于，于势垒层（4）表面上形成源极（5）、漏极（6）和第二类栅极结构（11）的过程包括：

刻蚀掉第二类栅极结构区域的势垒层；

在结构表面生长第一介质层（12），并刻蚀掉所述源极（5）和漏极（6）处的第一介质层；

在结构表面形成第二金属层（13）并图形化，并快速退火形成欧姆接触；

在结构表面生长第二介质层（14），并在第二介质层（14）内刻蚀用于连接所述第二金属层（13）的通孔；

在结构表面形成第三金属层（15）并图形化，图形化后的第二金属层（13）和第三金属层（15）形成所述源极（5）、漏极（6）和第二类栅极结构（11）。

9.根据权利要求8所述的GaN功率半导体器件的制造方法，其特征在于，所述第一介质层（12）或第二介质层（14）为SiO、SiO₂、SiN、SiON、ZrO₂、HfO₂和Al₂O₃中的一种或多种的组合，形成方法为PECVD、LPCVD或ALD，所述第一介质层（12）或第二介质层（14）的厚度为30-200nm。

10.根据权利要求8所述的GaN功率半导体器件的制造方法，所述第二金属层（13）或第三金属层（15）包括Ti/Al金属叠层，厚度为50-500nm。

11.根据权利要求7所述的GaN功率半导体器件的制造方法，其特征在于，所述钝化层（9）为SiN、SiO₂和聚酰亚胺的一种或多种的组合。