本发明属于半导体器件制造技术领域，特别涉及一种具有垂直结构的algan/gan功率器件及其制备方法。
背景技术：
目前，algan/gan异质结hemt器件由于其电子饱和速度高、击穿场强高、截止频率高、饱和电流高等特点，十分适合高频高功率的工作场合，但面临着两个问题：散热性能不佳与饱和电子速率受限。目前最广泛应用的生长gan材料的衬底是蓝宝石衬底，具有成本低、技术成熟、稳定性好、机械强度高等优点。但是由于蓝宝石衬底与gan基材料的热适配较大且热导率很低，限制了器件在大功率高频率场合的应用。在蓝宝石上生长的gan基led领域，为了增强大功率led的散热能力，已经有了成熟的利用激光剥离技术将led转移到利于散热的金属基板上的技术，利用氟化氪激光器发出的248nm高能激光将蓝宝石衬底与外延层分离后，将外延层键合到散热性能良好的金属基板上。
现阶段，市场上流行的algan/gan异质结hemt多是平面结构，器件的源极、漏极、栅极都在器件的顶面，当工作环境温度上升、工作电压增加时，器件的可靠性会明显下降，此外，平面结构algan/gan异质结hemt也不利于与其他元件的集成。
因此，研发一种能够大大提高器件可靠性且保证器件工作电压稳定的具有垂直结构的algan/gan功率器件及其制备方法是非常有必要的。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种能够大大提高器件可靠性且保证器件工作电压稳定的具有垂直结构的algan/gan功率器件及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种具有垂直结构的algan/gan功率器件，其创新点在于：包括由下而上依次设置的漏极电极、n+-gan层和n-ganu形沟槽，在所述n-ganu形沟槽内设有一上表面与n-ganu形沟槽上表面齐平，且深度小于n-ganu形沟槽深度的alganu形沟槽，且所述alganu形沟槽内表上设有一层sinxu形栅；在所述sinxu形栅内填充有一上表面与n-ganu形沟槽上表面齐平的p-gan；在所述p-gan上表面的中部设有覆盖p-gan、sinxu形栅以及部分alganu形沟槽的介质钝化层，所述介质钝化层的上表面还设有覆盖介质钝化层以及n-ganu形沟槽的源极电极，且在源极电极的两侧对称设有与p-gan相连的栅极电极。
进一步地，所述源极电极在平行于sinxu形栅的方向上覆盖面积略小于介质钝化层。
进一步地，所述漏极电极的厚度为20nm～500nm，所述n+-gan层的厚度为500nm～3μm，所述n-ganu形沟槽的深度为2μm～5μm，n-ganu形沟槽的槽口之间的宽度为2μm～3μm，所述alganu形沟槽的深度为1.5μm～4μm，alganu形沟槽的槽口之间的宽度为1μm～2μm，所述sinxu形栅的厚度为10nm～50nm，所述介质钝化层的厚度为50nm～500nm，所述源极电极的长度为100nm～500nm，厚度为20nm～500nm，所述栅极电极的边长为500nm～2μm。
一种上述具有垂直结构的algan/gan功率器件的制备方法，其创新点在于：所述制备方法包括如下步骤：
(1)在蓝宝石衬底上，以si为掺杂剂，掺杂浓度为1×1018cm-3～5×1019cm-3，生长出n+-gan层；
(2)在n+-gan层上，以si为掺杂剂，掺杂浓度为1×1017cm-3～5×1018cm-3，生长出n-gan层；
(3)在n-gan层上纵向刻蚀，刻蚀至n+-gan层与n-gan层交界面处，最终形成一个n-ganu形沟槽；
(4)在刻蚀出的n-ganu形沟槽中生长algan，直至填平n-ganu形沟槽；
(5)在algan上再次纵向刻蚀，刻蚀深度宽度都略小于gan沟槽，形成alganu形沟槽；
(6)在alganu形沟槽内生长高质量sinx薄层作为栅介质，形成sinxu形栅；
(7)在sinxu形栅中生长p-gan，直至填满u形沟槽，掺杂剂为mg，掺杂浓度为5×1016cm-3～5×1018cm-3；
(8)在器件表面均匀生长一层介质钝化层；
(9)对介质钝化层进行选区刻蚀，横向上刻蚀至露出al-gan层与n-gan层交界面，纵向上刻蚀至中间留下足够长度制作源极电极；
(10)在器件表面利用蒸镀等方式沉积一层金属，对沉积的第一层金属进行纵向刻蚀，直至中间部分露出部分介质钝化层，露出形成横跨alganu形沟槽的条状源极电极，且alganu形沟槽两端各露出一个块状金属作为栅极电极；
(11)采用激光剥离的方式出去底部的蓝宝石，并在露出的n+-gan层下表面采用蒸镀等方式沉积一层金属作为漏极电极。
进一步地，所述步骤(10)和步骤(11)中的金属选用ti/al/ni/au中的某一种或者多种金属的合金或者金属多层复合结构。
本发明的优点在于：本发明具有垂直结构的algan/gan功率器件及其制备方法，本发明通过垂直方向设置的n-gan与algan界面，使得二维电子气可以沿垂直方向移动并形成沟道，增强二维电子气的移动速率；同时通过u形沟槽结构的栅极提高对二维电子气的控制能力；而u形沟槽栅中填充的p-gan可以使得hemt在无栅极正偏压的情况下截止，形成应用范围更广增强型hemt；此外，通过空间上分离并两头引出的栅极电极以及其他区域钝化层的包覆，可以避免其他工艺流程中造成的栅极污染导致开启电压不稳定的问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明具有垂直结构的algan/gan功率器件的侧视图。
图2为本发明具有垂直结构的algan/gan功率器件的顶视图。
图3-图15为本发明具有垂直结构的algan/gan功率器件的制备流程图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例
本实施例具有垂直结构的algan/gan功率器件，如图1和2所示，包括由下而上依次设置的漏极电极1、n+-gan层2和n-ganu形沟槽3，在n-ganu形沟槽3内设有一上表面与n-ganu形沟槽3上表面齐平，且深度小于n-ganu形沟槽3深度的alganu形沟槽4，且alganu形沟槽4内表上设有一层sinxu形栅5；在sinxu形栅5内填充有一上表面与n-ganu形沟槽3上表面齐平的p-gan6；在p-gan6上表面的中部设有覆盖p-gan6、sinxu形栅5以及部分alganu形沟槽4的介质钝化层8，介质钝化层8的上表面还设有覆盖介质钝化层8以及n-ganu形沟槽3的源极电极9，且在源极电极9的两侧对称设有与p-gan6相连的栅极电极7。
本实施例中，源极电极9在平行于sinxu形栅5的方向上覆盖面积略小于介质钝化层8；漏极电极1的厚度为20nm～500nm，n+-gan层2的厚度为500nm～3μm，n-ganu形沟槽3的深度为2μm～5μm，n-ganu形沟槽3的槽口之间的宽度为2μm～3μm，alganu形沟槽4的深度为1.5μm～4μm，alganu形沟槽4的槽口之间的宽度为1μm～2μm，sinxu形栅5的厚度为10nm～50nm，介质钝化层8的厚度为50nm～500nm，源极电极9的长度为100nm～500nm，厚度为20nm～500nm，栅极电极7的边长为500nm～2μm。
本实施例具有垂直结构的algan/gan功率器件是通过以下步骤，制备而成的：
(1)如图3所示，在蓝宝石衬底10上，以si为掺杂剂，掺杂浓度为1×1018cm-3～5×1019cm-3，生长出一层厚度为500nm～3μm的n+-gan层2；
(2)如图4所示，在n+-gan层2上，以si为掺杂剂，掺杂浓度为1×1017cm-3～5×1018cm-3，生长出一层厚度为2μm～5μm的n-gan层；
(3)如图5所示，在n-gan层上纵向刻蚀，刻蚀至n+-gan层与n-gan层交界面处，最终形成一个深度为2μm～5μm，槽口之间宽度为2μm～3μmu的n-ganu形沟槽3；
(4)如图6所示，在刻蚀出的n-ganu形沟槽3中生长algan，直至填平n-ganu形沟槽3；
(5)如图7所示，在algan上再次纵向刻蚀，刻蚀出深度为1.5μm～4μm，槽口之间宽度为1μm～2μm的alganu形沟槽4；
(6)如图8所示，在alganu形沟槽4内生长高质量sinx薄层作为栅介质，形成厚度为10nm～50nm的sinxu形栅5；
(7)如图9所示，在sinxu形栅5中生长p-gan6，直至填满u形沟槽，掺杂剂为mg，掺杂浓度为5×1016cm-3～5×1018cm-3；
(8)如图10所示，在器件表面均匀生长一层厚度为介50nm～500nm的质钝化层；
(9)如图11所示，对介质钝化层进行选区刻蚀，横向上刻蚀至露出al-gan层与n-gan层交界面，纵向上刻蚀至中间留下足够长度制作源极电极；
(10)如图12所示，在器件表面利用蒸镀等方式沉积一层厚度为20nm～500nm的金属，如图13所示，对沉积的第一层金属进行纵向刻蚀，直至中间部分露出部分介质钝化层，露出形成横跨alganu形沟槽4的长度为100nm～500nm的条状源极电极，且alganu形沟槽4两端各露出一个边长为500nm～2μm的块状金属作为栅极电极7；
(11)如图14所示，采用激光剥离的方式出去底部的蓝宝石，如图15所示，并在露出的n+-gan层2下表面采用蒸镀等方式沉积一层厚度为20nm～500nm的金属作为漏极电极1。
本实施例中，步骤(10)和步骤(11)中的金属选用ti/al/ni/au中的某一种或者多种金属的合金或者金属多层复合结构。
本实施例具有垂直结构的algan/gan功率器件及其制备方法，通过垂直方向设置的n-gan与algan界面，使得二维电子气可以沿垂直方向移动并形成沟道，增强二维电子气的移动速率；同时通过u形沟槽结构的栅极提高对二维电子气的控制能力；而u形沟槽栅中填充的p-gan可以使得hemt在无栅极正偏压的情况下截止，形成应用范围更广增强型hemt；此外，通过空间上分离并两头引出的栅极电极以及其他区域钝化层的包覆，可以避免其他工艺流程中造成的栅极污染导致开启电压不稳定的问题。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。