[发明专利]一种基于HK-PGaN梯度超结的新型垂直GaN-HEMT器件及其制备方法

权利要求书

1.一种基于HK-PGaN梯度超结的新型垂直GaN-HEMT器件，其特征在于，包括第一导电类型的N⁺-GaN基底层，其包括第一表面及与该第一表面相对的第二表面，其第一表面上方生长第一型N-GaN31并刻蚀沟槽；包括在(111)晶向Si衬底上生长的AlN/GaN超晶格层；在所述第一导电类型的N⁺-GaN基底上表面的N-GaN层刻蚀有上下贯通的GaN沟槽，在沟槽内进行以下步骤；

设置于该第一表面的P型HK-PGaN梯度层叠超结结构，其中每个梯度层叠超结结构的上表面和下表面分别依次设置两个和一个长度不等的第二型P-GaN电流阻挡层；

第一型N-GaN梯度柱设置于三个P型HK-PGaN柱之间，其掺杂浓度自远离所述N⁺-GaN基底的方向依次递减，其厚度与所述P型HK-PGaN柱相等；

第一、第二源极，分别设置于所述P型GaN电流阻挡层的部分表面；

第一导电类型的N-GaN沟道层；设置于部分所述P-GaN电流阻挡层和所述第一导电类型的N-GaN柱的表面，位于所述源极区域之间；

AlN插入层，设置于所述N-GaN沟道层表面；

第一导电类型的N-AlGaN势垒层，设置于所述AlN插入层表面；

第二导电类型的P-AlGaN势垒层，设置于所述第一导电类型的N-AlGaN势垒层表面；

GaN帽层，设置于所述第二导电类型的P-AlGaN势垒层表面；

钝化层，设置于所述N-AlGaN势垒层表面以及源极外表面和栅金属两侧，包括第一钝化层和第二钝化层，第二钝化层设置于所述第一钝化层外侧表面，其中第一钝化层、第二钝化层分别隔离所述源极区域和所述GaN帽层，第一钝化层中设置有渐变组分的InxGa1-xN偶极子层，所述InxGa1-xN偶极子层与所述第一型N-AlGaN势垒层接触；

高K层叠介质层：Al₂O₃介质、ZrO₂介质、HfO₂介质依次设置于钝化层与GaN帽层之间的凹槽内；

P-GaN帽柱设置于HfO₂介质表面；

栅电极，设置于所述P-GaN帽柱的表面，采用三层高K栅介质半包围并被上表面SiO₂绝缘层覆盖的槽栅结构，其中所述栅极下方的P-GaN帽柱的厚度小于其侧方所述钝化层的厚度；

漏极，设置于所述第一导电类型的N⁺-GaN基底的第二表面。

2.根据权利要求1所述的一种基于HK-PGaN梯度超结的新型垂直GaN-HEMT器件，其特征在于，栅极的截面呈“┌┬┐”型。

3.根据权利要求1所述的一种基于HK-PGaN梯度超结的新型垂直GaN-HEMT器件，其特征在于，In_xGa_1-xN偶极子层中的In组分小于所述N-AlGaN势垒层中的Al组分，In_xGa_1-xN偶极子层中的Al组分小于0.2，In_xGa_1-xN偶极子层的厚度小于所述钝化层的厚度。

4.根据权利要求1所述的一种基于HK-PGaN梯度超结的新型垂直GaN-HEMT器件，其特征在于，N-GaN梯度柱包含奇数个掺杂浓度沿远离所述第一导电类型的N⁺-GaN基底的方向依次递减的N-GaN柱。

5.根据权利要求1所述的一种基于HK-PGaN梯度超结的新型垂直GaN-HEMT器件，其特征在于，第一导电类型的N-GaN梯度柱和所述第二导电类型的HK-PGaN梯度层叠超结构成至少五层不同掺杂浓度的PN结。

6.根据权利要求1所述的一种基于HK-PGaN梯度超结的新型垂直GaN-HEMT器件，其特征在于，第二导电类型的HK-PGaN梯度层叠超结的掺杂浓度沿远离所述第一导电类型的N⁺-GaN基底的方向依次减小，所述第一导电类型的N-GaN梯度柱的掺杂浓度沿远离所述GaN基底的方向依次增大。