具有台阶P型GaN半包围MIS栅的高电子迁移率晶体管及制备方法

本发明属于功率半导体器件领域，涉及一种具有台阶p型gan半包围mis栅的高电子迁移率晶体管及制备方法。

背景技术：

1、iii族氮化物基异质结构器件在高功率开关电子器件中表现出优异的性能。由于gan优异的材料特性，例如高击穿场(3.3mv/cm)、高迁移率(>1200cm2/v·s)和宽带隙(3.4ev)，gan基高电子迁移率晶体管(hemt)表现出高2deg密度(二维电子气)、低导通电阻(ron)、低传导损耗和高击穿电压(vbr)的性能，这使得器件能够用于高温和高功率开关应用。

2、然而，阻碍gan高电子迁移率晶体管(hemt)商业化的两个因素是：难以实现e模式工作，以及动态导通电阻退化。gan hemt的e模式工作已通过多种解决方案实现，包括凹槽栅极、氟离子注入、p-gan栅极结构等。动态导通电阻退化的一个主要机制是由栅极注入电子或沟道电子的表面捕获引起的虚栅效应。在过去二十年中，介质钝化(及场板)一直是抑制表面捕获效应的主流解决方案。然而，介质钝化只能改善表面捕获或加速被捕获电子的恢复，因为表面捕获是2deg的来源。因此，gan hemt仍然存在明显的动态导通电阻退化，尤其是在热电子条件下。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有台阶p型gan半包围mis栅的高电子迁移率晶体管及制备方法，改善动态导通电阻退化现象，提升器件反向击穿电压。

2、为达到上述目的，本发明一方面提供了一种具有台阶p型gan半包围mis栅的高电子迁移率晶体管，其包括：

3、衬底层；

4、缓冲层，形成于衬底层表面；

5、gan沟道层，形成于缓冲层表面；

6、algan势垒层，形成于gan沟道层表面；

7、台阶p-gan区，形成于algan势垒层表面；

8、钝化层，形成于algan势垒层表面，且覆盖台阶p-gan区；

9、金属栅极，形成于钝化层表面，且包围了台阶p-gan区所对应的区域；

10、金属源极，形成于algan势垒层表面的一侧；以及

11、金属漏极，形成于algan势垒层表面与金属源极相对的一侧。

12、可选地，台阶p-gan区的台阶个数根据金属栅极和金属漏极之间的距离确定，且台阶个数不少于三个。

13、作为一种优选，台阶p-gan区具有4个不同高度的台阶，台阶厚度沿金属栅极到金属漏极方向减薄。

14、另一方面，本发明提供了一种具有台阶p型gan半包围mis栅的高电子迁移率晶体管的制备方法，该方法包括以下步骤：

15、s1、在衬底上依次外延生长algan缓冲层、gan沟道层、algan势垒层和p-gan层，并在gan沟道层、algan势垒层和p-gan层两侧形成高阻区；

16、s2、对p-gan层进行刻蚀，直至剩余p-gan层高度与台阶p-gan区的第一台阶高度相等；

17、s3、对第一台阶以外的p-gan材料进行刻蚀，直至剩余p-gan材料高度与台阶p-gan区的第二台阶高度相等；

18、s4、对第一台阶、第二台阶以外的p-gan材料进行刻蚀，直至剩余p-gan材料高度与台阶p-gan区的第三台阶高度相等；

19、s5、对第一台阶、第二台阶、第三台阶以外的p-gan材料进行刻蚀，直至剩余p-gan材料高度与台阶p-gan区的第四台阶高度相等；

20、s6、对第一台阶、第二台阶、第三台阶、第四台阶以外的p-gan材料进行刻蚀，直至剩余p-gan材料完全刻蚀，形成栅极台阶p-gan区；

21、s7、在源极区淀积金属，与半导体材料形成欧姆接触，形成金属源极；在漏极区淀积金属，与半导体材料形成欧姆接触，形成金属漏极；

22、s8、在器件表面淀积形成钝化层材料，并按照台阶p-gan区的台阶高度逐步刻蚀形成钝化层；

23、s9、在钝化层上淀积金属，形成金属栅极。

24、本发明的有益效果在于：与传统的p-gan栅hemt器件相比，本发明可以屏蔽表面陷阱电荷，从而使器件的动态导通电阻与输出电流不受到电压应力变化的影响，并且增大的栅金属与台阶p-gan层可以削弱栅边缘沟道电场尖峰，使沟道电场分布更均匀，提升了器件的反向击穿电压。

25、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种具有台阶p型gan半包围mis栅的高电子迁移率晶体管，其特征在于：该晶体管包括：

2.根据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于：所述台阶p-gan区(3)的台阶个数根据所述金属栅极(2)和金属漏极(5)之间的距离确定，且台阶个数不少于三个。

3.根据权利要求1或2所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于：所述台阶p-gan区(3)具有4个不同高度的台阶，台阶厚度沿所述金属栅极(2)到金属漏极(5)方向减薄。

4.一种具有台阶p型gan半包围mis栅的高电子迁移率晶体管的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

技术总结本发明涉及一种具有台阶P型GaN半包围MIS栅的高电子迁移率晶体管及制备方法，属于功率半导体器件领域。该晶体管包括源极、栅极、台阶P‑GaN区、钝化层、漏极、AlGaN势垒层、GaN沟道层、缓冲层和衬底。针对目前普通的高电子迁移率晶体管存在的动态导通电阻退化的问题，本发明提出台阶P型GaN结构，其位于栅极下方，各个P型GaN台阶沿栅极到漏极方向呈台阶依次减薄，该结构可以屏蔽器件表面陷阱电荷，改善动态导通电阻退化现象，并且该结构可以调制栅极边缘电场，提升器件耐压。本发明还引入半包围MIS栅结构，将栅极金属与钝化层呈半包围状围绕其下的P‑GaN区，其可以降低导通电阻，增大漏极电流密度以及击穿电压。技术研发人员：黄义,李明星,高升受保护的技术使用者：重庆邮电大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25