一种在GaN HEMT器件中形成多功能p-GaN电极的方法及器件

摘要

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。

说明书

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Vth<0V），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（Vth>0V），栅极下方的二维电子气（2DEG）在Vgs=0V时完全耗尽，并在Vgs>Vth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，SiO

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：

对p-GaN层进行蚀刻，保留用于形成栅极的p-GaN区域，使二维电子气在除p-GaN区域下方以外的沟道层与势垒层之间的界面处重新出现，

步骤3：

（1）、沉积钝化层，

（2）、在注入电极的位置对钝化层进行蚀刻至势垒层形成空穴，

步骤4：

在空穴位置的势垒层上生长附加势垒层，在附加势垒层上生长p-GaN层，并保持二维电子气不耗尽，

步骤5：

在p-GaN区域上形成栅极，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，

步骤6：

在p-GaN区域处形成电介质层。

优选地，在步骤1中：势垒层的厚度为5-20nm，使得器件的阈值电压Vth在设定范围内。

进一步优选地，设定的阈值电压Vth=1-2V。

优选地，在步骤4中：采用选择区域生长方式生长附加势垒层。

优选地，在步骤4中：采用MOCVD技术在附加势垒层上生长p-GaN层。

优选地，在步骤4中：附加势垒层的生长厚度为20〜60nm。

优选地，在步骤4中：所述的附加势垒层为AlGaN层。

优选地，所述的缓冲层为GaN或AlGaN层，所述的沟道层为GaN层，所述的势垒层为AlGaN层。

本发明的另一个目的是提供一种器件。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种器件，其包括由所述的在GaN HEMT器件中形成多功能p-GaN电极的方法形成的结构。

优选地，所述的器件包括常开型GaN基MIS-HEMT。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

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。

附图说明

附图1为传统的常开“耗尽型”GaN HEMT；

附图2为常关“增强型”HEMT；

附图3为p-GaN之间AlGaN具有p-GaN空穴注入电极的HEMT；

附图4-1至4-6为本实施例中形成多功能p-GaN电极的工艺流程图。

以上附图中：

1、基层；2、缓冲层；3、沟道层；4、势垒层；5、二维电子气；6、栅极；7、源极；8、漏极；9、p-GaN层；90、p-GaN区域；91、p-GaN层；10、钝化层；11、电极；12、电介质层。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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：可以使用常闭“增强型”（Vth> 0V）p-GaN栅极HEMT的外延结构，具体为：在基层1上生长缓冲层2，在缓冲层2上生长沟道层3，在沟道层3上生长势垒层4，在势垒层4上生长p-GaN层9，其中：二维电子气5在沟道层3与势垒层4之间的界面处完全耗尽，如图4-1所示。势垒层的厚度为5-20nm，使得器件的阈值电压Vth在设定范围内，如Vth=1-2V。在本实施例中：缓冲层2为GaN或AlGaN层，沟道层3为GaN层，势垒层4为AlGaN。

步骤2：对p-GaN层9图案化后进行蚀刻，保留用于形成栅极的p-GaN区域90，使二维电子气5在除p-GaN区域90下方以外的沟道层3与势垒层4之间的界面处重新出现，如图4-2所示。

步骤3：

（1）、沉积钝化层10，

（2）、在注入电极的位置对钝化层10进行蚀刻至势垒层4暴露形成空穴，如图4-3所示。

步骤4：

（1）、在空穴位置的势垒层4上采用选择区域生长（SAG）方式生长附加势垒层40，附加势垒层40与势垒层4均为AlGaN层，附加势垒层40的生长厚度为20〜60nm。

（2）、在附加势垒层40上生长p-GaN层91，并保持二维电子气5不耗尽，如图4-4所示。

步骤5：

在p-GaN区域91上形成栅极6，形成源极7、漏极8，在p-GaN层91上注入电极11，并使注入电极11自动连接到漏极8，，以在高压反向漏极偏置应力期间实现空穴注入功能，以补偿捕获的电子，如图4-5所示。

步骤6：在p-GaN区域90处形成电介质层12，形成器件结构，如图4-6所示。

本实施例的方法也适用于常开型GaN基MIS-HEMT。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。