一种通过表面陷阱屏蔽的GaNMISHEMT及其制备方法

本发明属于半导体，具体涉及一种通过表面陷阱屏蔽的gan mis hemt。

背景技术：

1、随着半导体技术走向成熟，以gan、sic和半导体金刚石为代表的第三代半导体材料兴起，逐渐成为半导体行业的研究热点。与si器件相比，gan器件的击穿电场、电子迁移率更高以及开关速度更快，更加适合应用于高频、大功率、高压的电力电子系统。

2、虽然gan功率器件性能卓越，然而其在实际应用中也存在一系列的可靠性问题和挑战，其中以电流崩塌效应最为显著、影响最大，该效应在器件参数上具体表现为使得动态导通电阻产生额外的损耗，从而降低系统的整体效率，制约了gan器件的进一步应用及发展。因此，在实际应用中，动态导通电阻的存在不仅使得gan器件的通态损耗无法准确预测和计算，还会对整个系统的可靠性和工作寿命产生影响。

3、因此，如何改善电流崩塌效应是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种通过表面陷阱屏蔽的gan mis hemt。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明实施例提供一种通过表面陷阱屏蔽的gan mis hemt，包括：

3、衬底层；

4、位于所述衬底层一侧的buffer层；

5、位于所述buffer层远离衬底层一侧的gan层；

6、位于所述gan层远离衬底层一侧的algan层；

7、位于所述algan层远离衬底层一侧的源极、漏极以及位于所述源极与所述漏极之间的p型algan层；

8、位于所述p型algan层和所述algan层远离衬底层一侧的介质层；

9、位于所述介质层和所述栅极远离衬底层一侧的钝化层；其中，在源极指向漏极的方向上，所述p型algan层的长度大于所述栅极的长度；

10、位于所述源极、所述漏极和所述栅极顶面的互联金属。

11、在本发明的一个实施例中，沿垂直衬底层所在平面的方向，所述algan层的厚度为15～25nm，al组分为20％～35％。

12、在本发明的一个实施例中，所述p型algan层具有掺杂浓度梯度且掺杂浓度沿第一方向逐渐增大，所述第一方向为衬底层指向钝化层的方向。

13、在本发明的一个实施例中，所述p型algan层的掺杂浓度为1e16cm-3～1e19cm-3。

14、在本发明的一个实施例中，所述p型algan层的al组分高于所述algan层的al组分。

15、在本发明的一个实施例中，所述p型algan层的al组分沿所述第一方向逐渐增大。

16、在本发明的一个实施例中，所述p型algan层中的al组分为20％～50％。

17、第二方面，本发明还提供一种通过表面陷阱屏蔽的gan mis hemt的制备方法，包括：

18、提供一衬底层；

19、利用金属有机化学气相沉积工艺，在所述衬底层表面依次生长buffer层、gan层和algan层；

20、利用化学气相沉积工艺，在所述algan层表面生长具有掺杂浓度梯度和al组分渐变的p型algan层，并刻蚀掉p型algan层的预设区域；

21、在所述algan层上的源极区域和漏极区域制作欧姆接触，形成源极和漏极；

22、在所述algan层与所述gan层形成的异质结层上制作有源区台面隔离；

23、利用金属有机化学气相沉积工艺，在所述p型algan层表面生长介质层，并在所述介质层表面淀积形成栅极；其中，在源极指向漏极的方向上，所述p型algan层的长度大于所述栅极的长度；

24、在所述介质层及所述栅极表面淀积形成钝化层；

25、对所述源极、所述栅极和所述漏极刻蚀互联开孔，并进行互联金属蒸发，制作得到所述通过表面陷阱屏蔽的gan mis hemt。

26、在本发明的一个实施例中，沿垂直于衬底层所在平面的方向，所述buffer层的厚度为1～3μm，所述gan层的厚度为300nm，所述algan层的厚度为15～25nm。

27、在本发明的一个实施例中，所述衬底层为蓝宝石、si或sic。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

29、本发明提供一种通过表面陷阱屏蔽的gan mis hemt及其制备方法，由于在ganmis hemt中，源、漏极相对设置于algan层的表面，p型algan层位于源、漏极之间，介质层覆盖于p型algan层与algan层表面，而栅极位于介质层上方，因此栅极与漏极之间的p型algan层可以屏蔽介质层与algan层之间的陷阱对电子的俘获作用，从而改善电流崩塌效应。

30、上述gan mis hemt还包括具有渐变al组分的p型algan层，p型algan层靠近algan层一侧的al组分较低、靠近介质层方向的al组分逐渐升高，其禁带宽度变大，能够减弱介质层与algan层之间的陷阱对电子的俘获作用，也有利于改善器件的电流崩塌效应。此外，p型algan层还具有掺杂浓度梯度，其掺杂浓度在靠近algan层一侧较低以减少2deg的耗尽，在远离algan层一侧较高，可以有更高的空穴浓度以屏蔽介质层与algan层之间的陷阱对电子的俘获作用，进一步改善了器件的电流崩塌效应。

31、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种通过表面陷阱屏蔽的gan mis hemt，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的通过表面陷阱屏蔽的gan mis hemt，其特征在于，沿垂直衬底层所在平面的方向，所述algan层的厚度为15～25nm，al组分为20％～35％。

3.根据权利要求1所述的通过表面陷阱屏蔽的gan mis hemt，其特征在于，所述p型algan层具有掺杂浓度梯度且掺杂浓度沿第一方向逐渐增大，所述第一方向为衬底层指向钝化层的方向。

4.根据权利要求3所述的通过表面陷阱屏蔽的gan mis hemt，其特征在于，所述p型algan层的掺杂浓度为1e16 cm-3～1e19cm-3。

5.根据权利要求4所述的通过表面陷阱屏蔽的gan mis hemt，其特征在于，所述p型algan层的al组分高于所述algan层的al组分。

6.根据权利要求5所述的通过表面陷阱屏蔽的gan mis hemt，其特征在于，所述p型algan层的al组分沿所述第一方向逐渐增大。

7.根据权利要求6所述的通过表面陷阱屏蔽的gan mis hemt，其特征在于，所述p型algan层中的al组分为20％～50％。

8.一种通过表面陷阱屏蔽的gan mis hemt的制备方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的通过表面陷阱屏蔽的gan mis hemt的制备方法，其特征在于，沿垂直于衬底层所在平面的方向，所述buffer层的厚度为1～3μm，所述gan层的厚度为300nm，所述algan层的厚度为15～25nm。

10.根据权利要求8所述的通过表面陷阱屏蔽的gan mis hemt的制备方法，其特征在于，所述衬底层为蓝宝石、si或sic。

技术总结
本发明公开了一种通过表面陷阱屏蔽的GaN MIS HEMT及其制备方法，涉及半导体技术领域，上述通过表面陷阱屏蔽的GaN MIS HEMT包括：衬底层、位于衬底层一侧的Buffer层、GaN层和AlGaN层、位于AlGaN层远离衬底层一侧的源极、漏极以及位于源极与漏极之间的P型AlGaN层；位于P型AlGaN层和AlGaN层远离衬底层一侧的介质层；位于介质层和栅极远离衬底层一侧的钝化层；其中，在源极指向漏极的方向上，P型AlGaN层的长度大于所述栅极的长度；位于源极、漏极和栅极顶面的互联金属。由于栅极与漏极之间的P型AlGaN层可以屏蔽介质层与AlGaN层之间的陷阱对电子的俘获作用，从而改善电流崩塌效应。

技术研发人员：王冲,周璇,马晓华,李昂,刘凯,郝跃
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15