[发明专利]GaN器件结构及其制备方法有效

专利信息
申请号: 202110181529.8 申请日: 2021-02-09
公开(公告)号: CN112993033B 公开(公告)日: 2022-07-08
发明(设计)人: 莫炯炯;郁发新;吕贝贝;赵文杰;郎加顺 申请(专利权)人: 浙江大学
主分类号: H01L29/778 分类号: H01L29/778;H01L21/335
代理公司: 上海光华专利事务所(普通合伙) 31219 代理人: 佟婷婷
地址: 310058 浙江*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: gan 器件 结构 及其 制备 方法
【说明书】:

发明提供一种GaN器件结构及其制备方法,制备包括:提供衬底;制备外延结构、辅助功能部以及器件电极,所述辅助功能结构包括若干个叠置的且为p型掺杂层的辅助单元层,辅助掺杂层的掺杂浓度自下层至上层逐渐增加。通过引入多层p型掺杂且浓度渐变的辅助功能部,辅助功能部同时作为器件的帽层结构,可以使得当栅极电压不断增加时,空穴开始注入沟道并产生相等数量的电子,从而增加2DEG。具有高迁移率的电子将在电场的作用下到达漏极,而空穴将保留,因为它们的迁移率远低于电子,从而电流通过注入的空穴数量进行调制,可以在跨导曲线中显示一个双峰,有效改善器件的线性度。

技术领域

本发明属于集成电路制造技术领域,特别是涉及一种GaN器件结构及其制备方法。

背景技术

GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点,是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料,被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力。

然而,GaN器件由于其材料、器件结构本身特性,在工作时存在预失真非线性化问题。具体的问题是,扩展GaN HEMT功率输出频段到亚毫米波的研究受到短沟道器件非线性的限制,即频率fT(或跨导gm)在高漏压(高栅压)下随偏压升高迅速下降,从而限制了器件在高压下的高速工作特性,并使最大电流密度显著低于理论预测值。

因此,如何提供一种GaN器件结构及其制备方法以解决上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种GaN器件结构及其制备方法,用于解决现有技术中GaN器件存在预失真非线性化问题,起线性难以有效优化等问题。

为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种GaN器件结构的制备方法,所述制备方法包括如下步骤:

提供衬底;

在所述衬底上形成外延结构,至少包括自下而上设置的GaN沟道层和势垒层;

在所述外延结构上形成辅助功能结构,所述辅助功能结构包括若干个叠置的且为p型掺杂层的辅助单元层,所述辅助掺杂层的掺杂浓度自下层至上层逐渐增加;

在所述辅助功能结构表面定义出栅极区,并刻蚀去除所述栅极区外围的部分所述辅助功能结构至所述势垒层,得到与所述栅极区对应的辅助功能部;

制备源极电极、漏极电极和与所述栅极区对应的栅极电极,以得到所述GaN器件结构。

可选地,所述辅助功能结构包括AlGaN功能结构及GaN功能结构中的任意一种,其中,当包括所述AlGaN功能结构时,所述AlGaN功能结构包括若干个AlGaN单元层,作为所述辅助单元层;当包括所述GaN功能结构时,所述GaN功能结构包括若干个GaN单元层,作为所述辅助单元层。

可选地,当所述辅助功能结构选择为所述AlGaN功能结构时,所述制备方法还包括步骤:在所述AlGaN功能结构与所述势垒层之间形成GaN插入层,且形成所述辅助功能部时还去除对应的所述GaN插入层。

可选地,所述辅助单元层的层数为n层,自下而上分别为第1层至第n层,n为大于等于2的整数,其中,每层所述辅助单元层的掺杂浓度介于(0.8-1.2)n*1018/cm3之间,且所述辅助功能结构的总掺杂浓度介于1018/cm3-1019/cm3之间,总厚度介于10nm-100nm之间。

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