[发明专利]一种在GaN HEMT器件中形成多功能p-GaN电极的方法及器件

说明书

本发明涉及一种在GaN HEMT器件中形成多功能p‑GaN电极的方法，包括形成外延结构，使二维电子气完全耗尽，对p‑GaN层进行蚀刻，保留用于形成栅极的p‑GaN区域，使二维电子气重新出现，沉积钝化层，在注入电极的位置对钝化层进行蚀刻至势垒层形成空穴，在空穴位置的势垒层上生长附加势垒层、p‑GaN层，并保持二维电子气不耗尽，形成栅极，形成源极、漏极，在p‑GaN层上注入电极，并使注入电极自动连接到漏极，在p‑GaN区域处形成电介质层。一种器件，由本发明方法形成。本发明可以适用于形成常开型GaN基MIS‑HEMT，器件有效缓解“电流崩塌”问题，提高了器件整体性能。

技术领域

本发明涉及晶体管技术领域，特别是涉及一种在GaN HEMT器件中形成多功能p-GaN电极的方法及器件。

背景技术

GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）是一种常开型器件（阈值电压Vth0V），其在GaN沟道层和AlGaN势垒层之间的界面区域存在二维电子气（2DEG），如图1所示。

为了实现常关型HEMT器件（Vth0V），栅极下方的二维电子气（2DEG）在Vgs=0V时完全耗尽，并在VgsVth时以正栅极偏压重新出现，如图2所示，二维电子气（2DEG）由于内置电场在p-GaN栅极下并不存在，但存在于p-GaN栅极以外的区域。

有几种方法可以实现常关型HEMT器件（氟离子注入，具有MIS栅极，p-GaN栅极等的部分或全部凹陷的AlGaN）。在不同的方法中，p-GaN栅极已被证明是最可靠的，目前正被使用在商业产品中，在较薄的（例如5〜20nm）AlGaN势垒层顶部形成p-GaN层（或p-AlGaN或p-InGaN）可以有效地耗尽二维电子气（2DEG），如图2所示，从而实现常关操作。这种二维电子气（2DEG）耗尽效应在很大程度上取决于AlGaN势垒层的厚度和Al％，并且随着AlGaN势垒层的厚度（20nm）和/或Al％（20％）的增加而逐渐减弱。因此，要获得理想的Vth（例如1〜2V），必须同时调整AlGaN势垒层的厚度和Al％。

众所周知，GaN HEMT器件（常开“耗尽型”和常关“增强型”器件）会在器件导通/截止开关操作过程中，在截止状态下产生较高的反向偏置应力后，从静态基准线处获得的瞬态导通状态电流减小，这称为“电流崩塌”或“动态罗恩”效应。由于器件表面区域附近和缓冲层内部存在高电场感应电子陷阱，因此出现了此问题。实际上，器件结构通常包括设计合理的场板（与栅极相连或与源连相连的FPs），合适的表面钝化层（SiN，SiO₂，AlN或Al₂O₃等）和优化的缓冲堆（GaN位错密度，碳或铁补偿掺杂水平和等级分布）。另一种有效的技术是在高反向偏置截止态应力期间，通过正向偏置P-N结（如图3中HEMT结构中的p-GaN之间AlGaN，p-GaN空穴注入电极，在关态应力期间可以正向偏置，AlGaN势垒厚度足够厚，因此与在p-GaN栅极下耗尽的二维电子气（2DEG）相比，在导通状态操作期间二维电子气（2DEG）不会耗尽），向器件空穴注入，以与捕获的电子复合并消除被捕获的电子。

p-GaN在GaN HEMT器件中有两个作用：首先，它可以用作栅电极，将常开的HEMT转换为常关器件；其次，它可以在高压截止状态应力期间作为单独的空穴注入电极（正向偏置时）添加，以缓解“电流崩塌”问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种在GaN HEMT器件中形成多功能p-GaN电极的方法及器件，形成独立于p-GaN栅电极的p-GaN空穴注入电极。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种在GaN HEMT器件中形成多功能p-GaN电极的方法，包括以下步骤：

步骤1：

形成外延结构：在基层上生长缓冲层，在缓冲层上生长沟道层，在沟道层上生长势垒层，在势垒层上生长p-GaN层，使二维电子气在沟道层与势垒层之间的界面处完全耗尽，

步骤2：