[发明专利]具有混合栅电极结构的氮化镓常关型器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有混合栅电极结构的氮化镓常关型器件及其制备方法，该器件包括：依次设置于衬底层上的缓冲层、GaN沟道层、AlGaN层、P‑GaN帽层；设置于AlGaN层上的两个欧姆电极；设置于P‑GaN帽层上及P‑GaN帽层两侧的栅介质层；设置于欧姆电极与P‑GaN帽层两侧的栅介质层之间AlGaN层上的钝化层；设置于栅介质层上和填充栅介质层凹槽内的栅电极；其中，P‑GaN帽层上栅介质层上的栅电极和填充于若干凹槽内的栅电极构成MIS栅电极结构和肖特基栅电极结构的混合栅结构；P‑GaN帽层两侧的栅介质层上的栅电极和P‑GaN帽层两侧的栅介质层构成场板结构。本发明提高了器件栅电极的阈值电压，提高了器件的开关频率，同时提升了器件栅电极的长期可靠性。

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，具体涉及一种具有混合栅电极结构的氮化镓常关型器件及其制备方法。

背景技术

以氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料具有较高的临界击穿电场，可以在相同击穿电压下实现更低的电容及导通电阻，被公认为下一代功率器件材料。因此，发展氮化镓(GaN)功率器件替代传统的硅(Si)基器件是提高电能利用效率进而缓解能源危机的关键手段，有望在新兴市场中占有举足轻重的地位。作为氮化镓(GaN)代表器件，以AlGaN/GaN外延结构为基础的高电子迁移率晶体管(High electron mobility transistor，简称HEMT)，由于其独特的高迁移率二维电子气(Two-dimensional Electron Gas，简称2DEG)受到人们的广泛关注，并在高功率、高频等方面展现出卓越的性能。

常规AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)为常开型器件，在实际工作中需要加载额外的栅电压截止沟道，造成了较复杂的电路设计以及不必要的功耗，同时还存在着较大的安全风险。鉴于常开型器件在实际操作中的不足，常关型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)成为发展的方向。目前，在众多方法中，利用P-GaN帽层实现常关型器件成为最为成熟的方案之一，并且成功实现商业化。通过与P-GaN接触类型不同，该类型常关型器件的栅电极结构又可以细分为欧姆栅电极，肖特基栅电极以及金属-介质层-半导体(Metal-Insulator-Semiconductor，简称MIS)栅电极。

但是，目前P-GaN帽层高电子迁移率晶体管(HEMT)栅电极的阈值电压维持在2V左右，无法达到实际操作中对栅电极阈值电压的要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种具有混合栅电极结构的氮化镓常关型器件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种具有混合栅电极结构的氮化镓常关型器件，包括：衬底层；依次设置于衬底层上的缓冲层、GaN沟道层、AlGaN层和P-GaN帽层；

设置于所述AlGaN层上的两个欧姆电极；其中，所述两个欧姆电极分别设置于所述AlGaN层上表面的两端，所述P-GaN帽层设置于所述两个欧姆电极之间；

设置于所述P-GaN帽层上及所述P-GaN帽层两侧的栅介质层；其中，所述P-GaN帽层上的栅介质层上设置有若干间隔分布的凹槽，每个所述凹槽贯穿所述栅介质层至所述P-GaN帽层上表面；

设置于所述AlGaN层之上的钝化层，且所述钝化层位于所述欧姆电极与所述P-GaN帽层两侧的栅介质层之间；

设置于所述栅介质层上、填充于所述若干凹槽内的栅电极；其中，所述P-GaN帽层上的栅介质层上的栅电极和填充于所述若干凹槽内的栅电极构成MIS栅结构和肖特基栅结构的混合栅电极结构，所述P-GaN帽层两侧的栅介质层上的栅电极和所述P-GaN帽层两侧的栅介质层构成场板结构。

在本发明的一个实施例中，所述P-GaN帽层的厚度为50nm～150nm、掺杂浓度为1.0×10¹⁷cm^-3～1.0×10²¹cm^-3。