[发明专利]一种多沟道GaN HEMT器件及制作方法

说明书

本发明涉及一种多沟道GaN HEMT器件及制作方法，多层沟道结构为交替的势垒层与沟道层，且多层沟道结构的底层和顶层均为势垒层；高阻缓冲层的上表面位于多层沟道结构的底层势垒层中生长有底栅控制层，多层沟道结构的顶层势垒层的上表面位于介质掩膜层中生长有顶栅控制层，栅电极用于连通底栅控制层和顶栅控制层，栅电极外包裹有用于隔离多层沟道结构的隔离介质层。多沟道GaN HEMT器件进一步降低了器件导通电阻，同时引入底栅控制结构，解决了顶栅结构对多沟道结构控制能力差的问题，相对于Fin结构提升栅对多沟道控制能力的结构，器件传输截面显著提升，更加有利于高压大电流器件的制备。

技术领域

本发明涉及GaN HEMT器件技术领域，特别涉及一种多沟道GaN HEMT器件及制作方法。

背景技术

GaN HEMT器件具有低导通电阻、高开关频率的优势，成为高效小型化电源系统研制的优选器件。GaN HEMT采用AlGaN/GaN异质结结构，可以通过调整AlGaN势垒层的组分和厚度来调制沟道载流子的浓度。然而对于p-GaN帽层结构，由于p-GaN无法获得高浓度的掺杂，为保证获得常关型器件，AlGaN/GaN异质结中不能有非常高的载流子浓度，从而制约了器件导通电阻的降低。

增加沟道层数可以成倍增加沟道载流子浓度，从而显著降低沟道导通电阻。然而，由于电场屏蔽效应的存在，单个栅很难实现对下层多个沟道的有效控制，因此大部分GaNHEMT产品均采用单沟道结构。为了开发多沟道结构，有研究人员开发了Fin结构，采用在沟道的侧面增加栅结构来提升栅对多层沟道的控制作用。而为满足Fin结构的工作要求，栅包裹区域多沟道材料的宽度被限制在1um以内，导致器件的有效导通面积受到严重制约。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何解决单栅控制在多沟道结构中遇到的电场屏蔽问题，以及如何提升栅对多沟道结构的控制能力。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种多沟道GaN HEMT器件，包括从下至上依次生长的衬底、高阻缓冲层、多层沟道结构、介质掩膜层和隔离介质层；多层沟道结构为交替的势垒层与沟道层，且多层沟道结构的底层和顶层均为势垒层；还包括底栅控制层、顶栅控制层、栅电极、源电极和漏电极；高阻缓冲层的上表面位于多层沟道结构的底层势垒层中生长有底栅控制层，多层沟道结构的顶层势垒层的上表面位于介质掩膜层中生长有顶栅控制层，栅电极用于连通底栅控制层和顶栅控制层，栅电极外包裹有用于隔离多层沟道结构的隔离介质层，源电极和漏电极位于多层沟道结构的两侧，且贯穿多层沟道结构的顶层势垒层、中间沟道层和中间势垒层延伸至底层势垒层的上表面；隔离介质层和介质掩膜层开设有裸露栅电极、源电极和漏电极的窗口。

本发明的有益效果是：多沟道GaN HEMT器件进一步降低了器件导通电阻，同时引入底栅控制结构，解决了顶栅结构对多沟道结构控制能力差的问题，相对于Fin结构提升栅对多沟道控制能力的结构，器件传输截面显著提升，更加有利于高压大电流器件的制备。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，衬底为硅、GaN、SiC或蓝宝石；高阻缓冲层为AlGaN或GaN，电阻率大于1E6Ω.m。

进一步，栅控制层包括底栅控制层和顶栅控制层，栅控制层为掺杂GaN材料，掺镁、硅或锗元素形成n型或者p型材料，掺杂后离化载流子浓度大于1E17cm^-3。

进一步，介质掩膜层为SiO₂或Si₃N₄等氟基等离子体或含氟湿法溶液可以刻蚀的介质材料。

进一步，势垒层为AlGaN材料；沟道层为非故意掺杂GaN材料，沟道层厚度小于100nm。

进一步，源电极和漏电极均为欧姆接触金属，欧姆接触金属为Ti、Al、Ni、Au、Si及TiN组成的多层金属，其中Ti金属层或TiN金属层与底层势垒层的上表面接触。