[发明专利]横向型氮化镓基场效应晶体管及其制作方法

说明书

本发明公开了一种横向型氮化镓基场效应晶体管及其制作方法。该横向型氮化镓基场效应晶体管的结构中包括依次层叠设置的缓冲层、高阻层、p型掺杂的p‑GaN层、n型掺杂的n‑GaN层、沟道层、势垒层、后期器件工艺形成的台阶状的源极层和漏极层、以及绝缘介质层和栅极层，当器件处于关断状态时，栅极层施加反向电压，栅极层下方导电沟道阻断，此时，外延层中的p‑GaN层和n‑GaN层在源极层和漏极层的高压反偏作用下，形成超结结构的耗尽层，从超结理论可知，超结建立的电场垂直于漏极层和栅极层之间的电场，使得外延层中的电场更加均匀，降低了电场峰值，实现晶体管的高耐压特性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种横向型氮化镓基场效应晶体管及其制作方法。

背景技术

以氮化镓(GaN)为代表的第三代宽禁带半导体材料以其优越的物理和化学性质，如禁带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度大、抗辐射能力强、化学稳定性好等，特别适合制作高耐压、高耐温、高频、大功率电力电子器件。GaN材料另一突出的特点就是利用自身的极化效应，在非掺杂的AlGaN/GaN就可以形成电子面密度达到10¹³cm^-2量级的高浓度二维电子气(Two-dimensional electron gas，2DEG)。2DEG面密度大、在沟道二维平面内迁移率高，利用这一特性制作的横向导通的GaN场效应晶体管是目前最常见的，也是最有潜力的外延结构形式。在传统AlGaN/GaN场效应晶体管中，由于器件导通层在半导体外延结构的表面，当器件属于关断工作状态时，器件的电场分布过于集中在外延层表面，限制了器件耐压特性。因此，如何提升该器件结构的耐压特性成为目前亟需解决的技术难点之一。

超结技术(Super Junction)来源于硅基功率绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)，外延层中的n型柱和p型柱通过电荷补偿原理将外延层中载流子浓度提高1个量级的同时，在反向耗尽状态下，实现电场在外延层中的分布接近处处相等的理想状态，使外延层耐压能力得到最优化。

在GaN材料中，也有类似的技术，如申请号201310077499.1、名称氮化镓超结器件的专利申请，其提出了一种基于超结结构的AlGaN/GaN异质结场效应晶体管。该专利的关键技术是通过离子注入的手段，在n型GaN层上形成p型GaN，从而实现超结结构。通过超结结构建立的电场垂直于栅极和漏极之间建立的电场，改变了电场的空间分布，降低了外延层中的电场最大值，因此，相应提升了击穿电压。然而该技术在实现时难度较大，这也是目前该技术难以得到有效推广的原因之一。通过离子注入手段实现p-GaN，由于十分靠近GaN异质结的有源区，将严重劣化外延层的晶体质量及外延层表面平整度，在此基础上再生长形成的AlGaN/GaN异质结界面特性也会同时劣化，也即后期器件工艺对晶体质量损伤较大，降低了2DEG的导通能力，从而影响到器件的电流传输能力及稳定性，在提升器件耐压的同时，牺牲了较大的输出特性，也不利于该结构的应用推广。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够降低对器件损伤且能够提高耐压特性的横向型氮化镓基场效应晶体管及其制作方法。

一种横向型氮化镓基场效应晶体管，包括衬底和在所述衬底上依次层叠设置的缓冲层、高阻层、p-GaN层、n-GaN层、沟道层和势垒层；

从所述势垒层的上表面设有贯穿至所述p-GaN层的上表面的凹槽状的栅极沉积区，并在所述栅极沉积区的两侧分别设有从所述势垒层的上表面贯穿至所述p-GaN层中的源极沉积区和从所述势垒层的上表面贯穿至所述n-GaN层中的漏极沉积区；

所述横向型氮化镓基场效应晶体管还包括绝缘介质层、栅极层、源极层和漏极层，其中，所述绝缘介质层覆盖在所述栅极沉积区的底面及两侧面上并向两侧延伸至所述势垒层的上方，所述栅极层从所述栅极沉积区一侧的所述绝缘介质层的上方沿所述绝缘介质层延伸至另一侧的所述绝缘介质层的上方，所述源极层和所述漏极层分别从所述源极沉积区的底部和所述漏极沉积区的底部沿相应的侧面延伸至所述势垒层的上方，所述源极层与所述漏极层呈台阶状。