[发明专利]基于插指状p型掺杂金刚石的GaN HEMT及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于插指状p型掺杂金刚石的GaN HEMT及制备方法；该GaN HEMT包括自下而上设置的衬底、中间层和介质层；中间层包括势垒层以及缓冲层；源、漏、栅电极分别穿过介质层与势垒层接触；中间层沿栅宽方向刻蚀有插指型凹槽，插指型凹槽正上方的介质层形成第一插指结构；第一插指结构在水平方向上位于栅电极和漏电极之间并与栅电极相邻；栅、漏电极之间的介质层上生长有p型掺杂金刚石散热层；p型掺杂金刚石散热层的下表面形成第二插指结构；第二插指结构与第一插指结构无缝对接；栅电极的上端向漏电极的方向延伸，以覆盖p型掺杂金刚石散热层的部分上表面。本发明可以提高GaN HEMT在微波大功率场景下的散热能力。

技术领域

本发明属于半导体器件领域，具体涉及基于插指状p型掺杂金刚石的GaN(氮化镓)HEMT(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)及制备方法

背景技术

GaN作为第三代半导体的代表材料，其应用前景非常广阔。由于GaN禁带宽度大，电子饱和速度高等特点，使其在军事、航空航天、通讯等高频大功率领域有其独特优势。随着半导体器件集成度越来越高，伴随的高产热现象也不可避免，器件的自热效应积累不仅会使器件饱和电流、跨导等基本性能下降，更严重时可能会使器件失效。

GaN自身的热导率只有130W/(m·K)(瓦/(米·开尔文))，目前的GaN HEMT中，常用的衬底主要包括SiC(碳化硅)衬底、Si(硅)衬底以及蓝宝石衬底等等。其中，即便是采用高热导率的SiC衬底，也远不能满足未来微波大功率场景下的GaN效应管对散热的需求。

发明内容

为了进一步提高GaN HEMT在微波大功率场景下的散热能力，本发明提供了一种基于插指状p型掺杂金刚石的GaN HEMT及制备方法。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种基于插指状p型掺杂金刚石的GaN HEMT，包括自下而上设置的衬底、中间层和介质层；所述中间层包括自上而下设置的势垒层以及GaN材质的缓冲层；所述GaN HEMT还包括：源电极、漏电极以及栅电极；其中，

所述源电极、所述漏电极以及所述栅电极分别穿过所述介质层与所述势垒层相接触；其中，在水平方向上，所述栅电极位于所述源电极和所述漏电极之间；

所述中间层上沿栅宽方向刻蚀有插指型凹槽，所述插指型凹槽正上方的介质层形成第一插指结构；所述第一插指结构在水平方向上位于所述栅电极和所述漏电极之间并与所述栅电极相邻；

所述栅电极和所述漏电极之间的介质层上表面还生长有p型掺杂金刚石散热层；所述p型掺杂金刚石散热层的下表面形成有第二插指结构；所述第二插指结构与所述第一插指结构无缝对接；

所述栅电极的上端向所述漏电极的方向延伸，以覆盖所述p型掺杂金刚石散热层的部分上表面。

优选地，所述p型掺杂金刚石散热层的材质为硼掺杂金刚石。

优选地，所述p型掺杂金刚石散热层的厚度为0.5μm～1μm。

优选地，所述p型掺杂金刚石散热层的长度大于或等于所述栅电极和所述漏电极之间的水平间距的50％，且所述p型掺杂金刚石散热层与所述漏电极不接触。

优选地，所述介质层的材质为SiN层，所述SiN层的厚度为10nm～60nm。

优选地，所述势垒层的材质为AlGaN(铝镓氮)。

优选地，所述源电极和所述漏电极均为由钛、铝、镍以及金自下而上组成的四层金属堆栈结构。

优选地，所述栅电极为由镍和金自下而上组成的双层金属堆栈结构。

第二方面，本发明提供了一种基于插指状p型掺杂金刚石的GaN HEMT的制备方法，包括：