高擊穿電壓的氮化鎵高電子遷移率晶體管及其形成方法技術

一種具有高擊穿電壓的氮化鎵高電子遷移率晶體管及其形成方法，所述高電子遷移率晶體管包括：襯底；位于所述襯底上的氮化鎵溝道層；位于所述氮化鎵溝道層上的第一勢壘層；位于所述第一勢壘層上的柵極、源極和漏極，所述源極和漏極分別位于所述柵極的兩側；位于所述柵極與漏極之間的第一勢壘層表面的第二勢壘層，所述第二勢壘層側壁與所述柵極一側側壁連接，用于產生二維空穴氣。上述高電子遷移率晶體管具有更高的擊穿電壓。

Gallium nitride high electron mobility transistor with high breakdown voltage and method for forming the same

A high breakdown voltage of GaN high electron mobility transistor and a method of forming the high electron mobility transistor includes: a substrate; located in Gan channel layer on the substrate; a first barrier layer in the Gan channel layer; a gate, source is the first barrier layer on the pole and the drain and the source electrode and the drain electrode are located on both sides of the gate; the second barrier layer on the surface of the first barrier layer is disposed between the gate and the drain, the second barrier layer is connected with the side wall of the gate side of the side wall, used to generate two dimensional hole gas. The high electron mobility transistors have higher breakdown voltages.

【技術實現步驟摘要】
高擊穿電壓的氮化鎵高電子遷移率晶體管及其形成方法
本專利技術涉及半導體
，尤其涉及一種高擊穿電壓的氮化鎵高電子遷移率晶體管及其形成方法。
技術介紹
由于能滿足現代電子科技對高溫、高頻、高壓、高功率以及抗輻射等高性能的要求，氮化鎵(GaN)獲得了人們極大的關注。GaN基高電子遷移率晶體管(HEMT)作為功率器件應用，是目前國際上大力發展的前沿熱點技術，也是我國能源發展中迫切需要的關鍵電力電子技術的核心技術。雖然GaN基HEMT本身理論擊穿電壓值很高，但是當前作為功率開關器件的GaN基HEMT耐高壓能力遠不及理論計算的擊穿電壓值，這極大地限制了其在高壓大功率領域的應用。研究表明，GaN基HEMT擊穿電壓低的主要原因在于柵極電場集中效應和緩沖層的漏電，尤其是柵極電場集中效應：在截止狀態下當器件承受源極-漏極間高電壓后，柵極靠近漏極的一端會產生電場峰值使電場分布不均勻，從而造成器件的提前擊穿。目前，人們多利用在源區、柵區或漏區制作各種金屬層場板結構來平滑表面電場分布來提高擊穿電壓。場板結構的方法在一定程度能提高擊穿電壓，但由于金屬和氮化鎵間的晶格失配和熱應力失配，會額外引入缺陷和界面電荷陷阱，導致器件質量下降，影響器件的可靠穩定性。因此，尋找提高GaN基HEMT功率器件的擊穿電壓的具體解決方案，充分發揮GaN基電子功率器件高壓、大功率特點的技術具有深遠意義。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，提供一種高擊穿電壓的氮化鎵高電子遷移率晶體管及其形成方法，以提高所述高電子遷移率晶體管的擊穿電壓。為了解決上述問題，本專利技術提供了一種高擊穿電壓的氮化鎵高電子遷移率晶體管，包括：襯底；位于所述襯底上的氮化鎵溝道層；位于所述氮化鎵溝道層上的第一勢壘層；位于所述第一勢壘層上的柵極、源極和漏極，所述源極和漏極分別位于所述柵極的兩側；位于所述柵極與漏極之間的第一勢壘層表面的第二勢壘層，所述第二勢壘層側壁與所述柵極一側側壁連接，用于產生二維空穴氣。可選的，所述第二勢壘層包括：位于所述第一勢壘層表面的第一子層、位于所述第一子層表面的第二子層和位于所述第二子層表面的第三子層，所述第一子層和第二子層構成異質結，所述第三子層為P型摻雜。可選的，所述襯底與氮化鎵溝道層之間還具有成核層和位于所述成核層表面的緩沖層。可選的，所述氮化鎵溝道層與第一勢壘層之間還具有插入層。可選的，所述第一子層的材料為氮化鋁、氮化鎵或氮化鋁鎵；所述第二子層的材料為氮化鎵、氮化鋁或氮化鋁鎵；所述第三子層的材料為P型氮化鎵、P型氮化鋁或P型氮化鋁鎵；所述成核層的材料為氮化鎵、氮化鋁或氮化鎵鋁；所述緩沖層的材料為氮化鎵；所述插入層的材料為氮化鋁；所述第一勢壘層的材料為氮化鋁鎵或氮化鋁銦。本專利技術還提供一種高電子遷移率晶體管的形成方法，包括：提供襯底；在所述襯底上依次形成氮化鎵溝道層、位于所述氮化鎵溝道層上的第一勢壘層；在所述第一勢壘層表面形成第二勢壘層，所述第二勢壘層用于產生二維空穴氣；對所述第二勢壘層進行刻蝕，暴露出第一勢壘層的部分表面；在所述第一勢壘層表面分別形成源極、漏極和柵極，所述柵極位于源極和第二勢壘層之間，且所述柵極一側側壁與所述第二勢壘層側壁連接。可選的，所述第二勢壘層包括位于所述第一勢壘層表面的第一子層、位于所述第一子層表面的第二子層和位于所述第二子層表面的第三子層，所述第一子層和第二子層構成異質結，所述第三子層為P型摻雜。可選的，采用反應離子刻蝕工藝或感應耦合等離子刻蝕工藝刻蝕所述第二勢壘層。可選的，還包括：在所述襯底與氮化鎵溝道層之間形成成核層和位于所述成核層表面的緩沖層；在所述氮化鎵溝道層與第一勢壘層之間形成插入層。可選的，所述第一子層的材料為氮化鋁、氮化鎵或氮化鋁鎵；所述第二子層的材料為氮化鎵、氮化鋁或氮化鋁鎵；所述第三子層的材料為P型氮化鎵、P型氮化鋁或P型氮化鋁鎵；所述成核層的材料為氮化鎵、氮化鋁或氮化鎵鋁；所述緩沖層的材料為氮化鎵；所述插入層的材料為氮化鋁；所述第一勢壘層的材料為氮化鋁鎵或氮化鋁銦。本專利技術的高電子遷移率晶體管在柵極與漏極之間具有第二勢壘層，所述第二勢壘層能夠產生二維空穴氣，來耗盡柵極和漏極漂移區溝道內的二維電子氣，平滑溝道電場分布，從而提高所述高電子遷移率晶體管的擊穿電壓。附圖說明圖1為本專利技術一具體實施方式的高擊穿電壓的氮化鎵高電子遷移率晶體管的形成方法的流程示意圖；圖2至圖6為本專利技術一具體實施方式的高擊穿電壓的氮化鎵高電子遷移率晶體管的形成過程的剖面結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術提供的具有高擊穿電壓的氮化鎵高電子遷移率晶體管及其形成方法的具體實施方式做詳細說明。請參考圖1，為本專利技術一具體實施方式的具有高擊穿電壓的氮化鎵高電子遷移率晶體的形成方法的流程示意圖。所述具有高擊穿電壓的氮化鎵高電子遷移率晶體的形成方法包括：步驟S101：提供襯底；步驟S102：在所述襯底上依次形成氮化鎵溝道層、位于所述氮化鎵溝道層上的第一勢壘層；步驟S103：在所述第一勢壘層表面形成第二勢壘層，所述第二勢壘層用于產生二維空穴氣；步驟S104：對所述第二勢壘層進行刻蝕，暴露出第一勢壘層的部分表面；步驟S105：在所述第一勢壘層表面分別形成源極、漏極和柵極，所述柵極位于源極和第二勢壘層之間，且所述柵極一側側壁與所述第二勢壘層側壁連接。請參考圖2至圖6，為本專利技術一具體實施方式的高電子遷移率晶體的形成過程的剖面結構示意圖。請參考圖2，提供襯底200。所述襯底200的材料可以是藍寶石、碳化硅、硅、氧化鋅、鋁酸鋰、氮化鋁或氮化鎵等。請參考圖3，在所述襯底200上依次形成溝道層303、位于所述溝道層303上的第一勢壘層305。所述溝道層303作為二維電子氣的傳輸通道，需要有較高的晶體質量，以降低所述溝道內的背景濃度，從而減少散射和提高二維電子氣的遷移率。可以采用非摻雜的III族金屬氮化物作為所述溝道層303的材料，例如非摻雜的GaN層。所述第一勢壘層305與所述溝道層303形成異質結，所述異質結界面上的能帶帶階不連續及壓電極化和自發極化可產生高濃度的二維電子氣。所述第一勢壘層305的材料包括氮化鋁鎵或氮化鋁銦，可以是單層也可以是多層結構。在本專利技術的具體實施方式中，還包括：在所述襯底200與溝道層303之間形成成核層301和位于所述成核層301表面的緩沖層302。所述成核層301的主要作用是為后續外延層的生長提供有效的成核中心，同時通過大量位錯和缺陷的形成，釋放成核層和襯底之間的失配應力，可顯著提高在所述成核層301上外延生長的III族金屬氮化物層的質量。所述成核層301的材料包括GaN、AlN或AlGaN。所述緩沖層302具有較高的電阻率，以阻止溝道層303內的電子向緩沖層302泄漏。通常要求所述緩沖層302的電阻率在106Ω·cm以上。所述緩沖層302的材料可以為氮化鎵，通過離子注入在所述緩沖層中產生深能級缺陷來形成高阻，或者引入P型雜質摻雜通過與N型背景濃度互相補償得到高阻。在本專利技術的其他具體方式中，也可以采用其他方式獲得高阻的緩沖層302。在本專利技術的具體實施方式中，還包括：在所述溝道層303與第一勢壘層305之間形成插入層304。所述插入層304用于提高所述第一勢壘層305晶體質量，所述插入層304的材料可以為氮化鋁。上述成核層本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高擊穿電壓的氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于，包括：襯底；位于所述襯底上的氮化鎵溝道層；位于所述氮化鎵溝道層上的第一勢壘層；位于所述第一勢壘層上的柵極、源極和漏極，所述源極和漏極分別位于所述柵極的兩側；位于所述柵極與漏極之間的第一勢壘層表面的第二勢壘層，所述第二勢壘層側壁與所述柵極一側側壁連接，用于產生二維空穴氣。

【技術特征摘要】
1.一種高擊穿電壓的氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于，包括：襯底；位于所述襯底上的氮化鎵溝道層；位于所述氮化鎵溝道層上的第一勢壘層；位于所述第一勢壘層上的柵極、源極和漏極，所述源極和漏極分別位于所述柵極的兩側；位于所述柵極與漏極之間的第一勢壘層表面的第二勢壘層，所述第二勢壘層側壁與所述柵極一側側壁連接，用于產生二維空穴氣。2.根據權利要求1所述的氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于，所述第二勢壘層包括：位于所述第一勢壘層表面的第一子層、位于所述第一子層表面的第二子層和位于所述第二子層表面的第三子層，所述第一子層和第二子層構成異質結，所述第三子層為P型摻雜。3.根據權利要求2所述的氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于，所述襯底與氮化鎵溝道層之間還具有成核層和位于所述成核層表面的緩沖層。4.根據權利要求3所述的氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于，所述氮化鎵溝道層與第一勢壘層之間還具有插入層。5.根據權利要求4所述的氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于，所述第一子層的材料為氮化鋁、氮化鎵或氮化鋁鎵；所述第二子層的材料為氮化鎵、氮化鋁或氮化鋁鎵；所述第三子層的材料為P型氮化鎵、P型氮化鋁或P型氮化鋁鎵；所述成核層的材料為氮化鎵、氮化鋁或氮化鎵鋁；所述緩沖層的材料為氮化鎵；所述插入層的材料為氮化鋁；所述第一勢壘層的材料為氮化鋁鎵或氮化鋁銦。6.一種高擊穿電壓的氮化鎵高電子遷移率晶體管的形成方法，其特征在于，包括：提供襯底；在所述襯...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李晨，閆發旺，張峰，趙倍吉，劉春雪，
申請(專利權)人：上海新傲科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31