[发明专利]GaN功率半导体器件及其制造方法

说明书

本申请涉及功率半导体器件技术领域，具体而言，涉及一种GaN功率半导体器件及其制造方法。GaN功率半导体器件包括有由下至上依次层叠的衬底、缓冲层、沟道层、势垒层，及设置于势垒层上的源极、漏极和位于两者之间的栅极，其中栅极包括至少两种不同类型的栅极结构。制造方法包括以下步骤：于一衬底上依次形成缓冲层、沟道层、势垒层、p‑GaN层和第一金属层；刻蚀掉非第一类栅极结构区域的p‑GaN层和第一金属层，形成第一类栅极结构；于势垒层表面上形成源极、漏极和第二类栅极结构。GaN功率半导体器件集成两种或两种以上栅极结构，综合权衡阈值电压和导通电阻，实现尽可能高的阈值电压和尽可能低的导通电阻，更好地提高器件性能。

技术领域

本申请涉及功率半导体器件技术领域，具体而言，涉及一种GaN功率半导体器件及其制造方法。

背景技术

GaN是第三代宽禁带半导体之一，具有宽带隙、高击穿电场等优异物理特性。又由于GaN基半导体本身的自发极化和压电极化特性，AlGaN/GaN异质结界面可以在非故意掺杂情况下产生高限域性和高浓度二维电子气(2DEG),具有高电子迁移率和高饱和电子漂移。因此可以利用AlGaN/GaN异质结构筑高电子迁移率晶体管(HEMT)，GaN HEMT可适用于高温、高压、高频、高功率密度应用，在微波射频和电力电子等领域具有良好应用前景。

AlGaN/GaN异质结形成后即存在2DEG，故HEMT为常开耗尽型器件，即阈值电压为负电压，在电力电子应用中容易存在误开通等不安全问题，阻碍HEMT器件的应用。为此，人们提出了凹槽金属-绝缘体-半导体(MIS)栅、p-GaN栅和栅下氟离子注入等方法来耗尽栅下的2DEG，使阈值电压变为正电压，以实现常关操作。凹槽MIS栅HEMT虽然阈值电压高，但沟道电子浓度和迁移率低，沟道电阻大，限制了HEMT的导通特性。p-GaN栅阈值电压相对较低，但由于异质结未被破坏，沟道电子浓度和迁移率高，沟道电阻小，导通特性好。栅下氟离子注入也存在阈值电压低的问题。所以如何实现高阈值电压、安全工作的增强型GaN HEMT器件一直是业界关注的问题。

目前，大部分GaN HEMT芯片采用插指结构，源极、栅极和漏极交替相间，只有单一栅极结构，如图1所示。由于现有增强型技术无法同时兼顾阈值电压和导通电阻，单一栅极结构的GaN HEMT无法同时优化阈值电压和导通电阻。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种GaN功率半导体器件及该GaN功率半导体器件的制造方法。

为了实现上述目的，根据本技术方案的一个方面，本技术方案提供了一种GaN功率半导体器件。

根据本申请实施例的GaN功率半导体器件，包括有由下至上依次层叠的衬底、缓冲层、沟道层、势垒层，及设置于势垒层上的源极、漏极和位于两者之间的栅极，其中所述栅极包括至少两种不同类型的栅极结构。

进一步的，存在至少两种不同类型的栅极结构位于同一栅极上。

进一步的，所述源极和漏极在所述势垒层上交替设置，存在至少两种不同类型的栅极结构位于不同的栅极上。

进一步的，一种类型的栅极结构包括形成在所述势垒层上的p-GaN层和形成在所述p-GaN层上的第一金属层。

进一步的，所述第一金属层包括Ni/Au金属叠层。

进一步的，所述沟道层为GaN，所述势垒层为AlGaN。

进一步的，所述沟道层与所述势垒层之间插入有AlN层。

进一步的，GaN功率半导体器件还包括设置于所述势垒层上方的介质层和钝化层，所述钝化层至少覆盖所述源极、漏极和栅极的表面。

为了实现上述目的，根据本技术方案的第二个方面，本技术方案还提供了一种GaN功率半导体器件的制造方法，用于制备本申请技术方案提供的上述GaN功率半导体器件。