一种双P-GaN栅氮化镓增强型器件的制作方法

一种双p-gan栅氮化镓增强型器件
技术领域
1.本实用新型涉及半导体功率集成电路技术的领域，更具体的说是涉及一种双p-gan栅氮化镓增强型器件。


背景技术：

2.氮化镓是第三代宽禁带半导体的代表之一，正受到人们的广泛关注，其优越的性能主要表现在：高的临界击穿电场、高电子迁移率、高的二维电子气浓度、高的高温工作能力。gan材料的禁带宽度高达3.4ev，3倍于si材料的禁带宽度，2.5倍于gaas材料，半导体材料的本征载流子浓度随禁带宽度和温度的增加而呈指数增长，因此，在一定的温度范围内，其半导体材料禁带宽度越大，便拥有越小的本征载流子浓度，这可以使器件具有非常低的泄漏电流。另外，氮化镓材料化学性质稳定、耐高温、抗腐蚀，在高频、大功率、抗辐射应用领域具有先天优势。基于algan/gan异质结的高电子迁移率晶体管在半导体领域已经取得广泛应用。该类器件具有反向阻断电压高、正向导通电阻低、工作频率高等特性，因此可以满足系统对半导体器件更大功率、更高频率、更小体积工作的要求。
3.algan/gan hemt器件因其独特的二维电子气结构和材料优势在高压高频开关电源领域和微波毫米波功率器件领域具有极大的应用潜力。提高gan hemt器件开关速度可以有效减小工作电路中的功率损耗，器件的工作频率与栅电容密切相关，减小器件的栅电容即减小器件开启时栅电容的充电时间，因此可以有效增大器件的开关速度和工作频率。但gan hemt器件在工作环境中会承受高电场的冲击，尤其是漏极侧栅极边缘会产生较大的电场峰值，在器件工作状态下，栅极边缘的强电场会导致该区域产生大量的界面态，使得器件性能下降甚至失效，器件耐压大大降低。因此通常会通过添加栅极场板和源极场板来屏蔽栅极边缘的强电场以达到均衡电场分布的作用，然而场板的使用又会使栅电容增大，从而降低器件的开关速度和工作频率。


技术实现要素：

4.本实用新型为了解决技术背景中提出的问题，提供一种双p-gan栅氮化镓增强型器件，该结构不仅拥有相对传统gan hemt器件更低的栅电容，同时提高了耐压，提升了器件在高压条件下工作时的可靠性。
5.本实用新型通过如下技术方案实现：
6.提供一种双p-gan栅氮化镓增强型器件，从下到上依次包括gan沟道层和algan势垒层，在所述algan势垒层的顶部设有p-gan势垒层ⅰ和p-gan势垒层ⅱ，且p-gan势垒层ⅰ和p-gan势垒层ⅱ之间具有间距，在所述algan势垒层的顶部一端淀积有源极金属，另一端淀积有漏极金属；
7.所述p-gan势垒层ⅰ的顶部淀积有栅极金属ⅰ，所述p-gan势垒层ⅱ的顶部淀积有栅极金属ⅱ，所述的gan沟道层和所述的algan势垒层形成二维电子气，所述的p-gan势垒层ⅰ、栅极金属ⅰ、p-gan势垒层ⅱ和栅极金属ⅱ共同构成双p-gan栅结构。
8.优选的，p-gan势垒层ⅰ、p-gan势垒层ⅱ、栅极金属ⅰ和栅极金属ⅱ围成栅极区域，p-gan势垒层ⅰ和p-gan势垒层ⅱ分别位于栅极区域的两侧。
9.优选的，在所述algan势垒层的表面且避让p-gan势垒层ⅰ、p-gan势垒层ⅱ、源极金属和漏极金属安装部位后的区域设有钝化层。
10.优选的，所述的钝化层采用sio2、si3n4、aln、al2o3、mgo、sc2o3、hfo2、高低κ介质、铁电材料或无机材料中的一种制成。
11.优选的，所述源极金属和漏极金属均与algan势垒层之间欧姆接触；
12.所述的栅极金属ⅰ和栅极金属ⅱ分别与p-gan势垒层ⅰ和p-gan势垒层ⅱ之间肖特基接触。
13.优选的，该种双p-gan栅氮化镓增强型器件还包括gan缓冲层，所述的gan缓冲层位于gan沟道层的底部。
14.优选的，该种双p-gan栅氮化镓增强型器件还包括p型si衬底，所述的p型si衬底位于gan缓冲层的底部。
15.优选的，所述p-gan势垒层ⅰ和p-gan势垒层ⅱ长度相同，当p-gan势垒层ⅰ作为主栅时，p-gan势垒层ⅱ作为副栅；当 p-gan势垒层ⅰ作为副栅时，p-gan势垒层ⅱ作为主栅。
16.优选的，所述p-gan势垒层ⅰ和p-gan势垒层ⅱ长度不同，p-gan势垒层ⅰ和p-gan势垒层ⅱ之间相对长度长的作为主栅，相对长度短的作为副栅。
17.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
18.本发明的有益效果为相对于传统结构，在相同栅极区域长度条件下，所述双p-gan栅器件的栅电容更小，器件能够拥有更高的开关速度和工作频率，且双栅极结构的设计能平衡栅极边缘的高电场，一定程度上代替金属场板的作用而不增加栅电容，因此在高电场下双p-gan栅的栅极边缘的碰撞电离相对于单p-gan栅的栅极边缘电场峰值更低，所述双p-gan栅gan增强型器件拥有相较于传统结构更高的耐压。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。
20.图1为本实用新型的非限制性结构示意图；
21.图2 为传统单p-gan栅增强型氮化镓器件结构示意图；
22.图3为仿真所得的本发明与传统单p-gan栅结构高压下栅极区域边缘碰撞电离率分布曲线对比；
23.图4为仿真所得的本发明与传统单p-gan栅结构的耐压曲线对比；
24.图5为仿真所得的本发明与传统单p-gan栅结构的栅漏电容对比；
25.图6为本实用新型其中一种非限制性不对称双栅结构示意图。
26.附图标记说明：
27.在图1、2、6中：1、p型si衬底，2、gan缓冲层，3、gan沟道层，4、algan势垒层，5、钝化层，6、p-gan势垒层ⅰ，7、p-gan势垒层ⅱ，8、源极金属，9、漏极金属，10、栅极金属ⅰ，11、栅极金属ⅱ，12、栅极区域；
28.在图2中：13、p-gan势垒层，14、栅极金属。
具体实施方式
29.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
30.实施例1：
31.如图1所示的一种双p-gan栅氮化镓增强型器件，从下到上依次包括gan沟道层3和algan势垒层4，在algan势垒层4的顶部设有p-gan势垒层ⅰ6和p-gan势垒层ⅱ7，且p-gan势垒层ⅰ6和p-gan势垒层ⅱ7之间具有间距，在algan势垒层4的顶部一端淀积有源极金属8，另一端淀积有漏极金属9；
32.p-gan势垒层ⅰ6的顶部淀积有栅极金属ⅰ10，p-gan势垒层ⅱ7的顶部淀积有栅极金属ⅱ11，gan沟道层3和algan势垒层4形成二维电子气，p-gan势垒层ⅰ6、栅极金属ⅰ10、p-gan势垒层ⅱ7和栅极金属ⅱ11共同构成双p-gan栅结构；
33.具体的，p-gan势垒层ⅰ6、p-gan势垒层ⅱ7、栅极金属ⅰ10和栅极金属ⅱ11围成栅极区域12，p-gan势垒层ⅰ6和p-gan势垒层ⅱ7分别位于栅极区域12的两侧；
34.具体的，源极金属和漏极金属均与algan势垒层之间欧姆接触；
35.栅极金属ⅰ和栅极金属ⅱ分别与p-gan势垒层ⅰ和p-gan势垒层ⅱ之间肖特基接触；
36.双p-gan栅结构相对于传统得p-gan栅结构在相同栅极区域长度条件下拥有更低的栅电容，如图1-5所示，双p-gan栅结构相对于单p-gan栅结构栅极边缘的电场分布更均衡，降低高电场区域的碰撞电离率，即双p-gan栅结构可起到类似金属场板的作用，提高器件耐压并且不增加器件栅电容；
37.图3为仿真得到的双p-gan栅结构与传统单p-gan栅结构在耐压100v时栅极边缘碰撞电离率的分布曲线对比，从图中可知双p-gan栅结构在相同耐压下栅极边缘的碰撞电离率明显小于单p-gan栅栅极边缘的碰撞电离率；
38.图4为仿真得到的双p-gan栅结构与传统单p-gan栅结构的耐压曲线对比，从图中可知在相同的源漏长度条件下双p-gan栅结构的静态耐压值远高于单p-gan栅结构的静态耐压值，说明本发明双p-gan栅结构对提高器件耐压有显著作用；
39.图5仿真得到的双p-gan栅结构与传统单p-gan栅结构的栅漏电容曲线对比，从图中可知双p-gan栅结构相较于单p-gan栅结构栅漏电容有所降低，栅漏电容的大小是影响gan hemt开关速度和工作频率的关键，栅漏电容的减小将有助于提高器件的开关速度和工作频率；
40.优选的，在algan势垒层4的表面且避让p-gan势垒层ⅰ6、p-gan势垒层ⅱ7、源极金属8和漏极金属9安装部位后的区域设有钝化层5。
41.优选的，钝化层5采用sio2、si3n4、aln、al2o3、mgo、sc2o3、hfo2、高低κ介质、铁电材料或无机材料中的一种制成。
42.优选的，该种双p-gan栅氮化镓增强型器件还包括gan缓冲层2，gan缓冲层2位于gan沟道层3的底部。
43.优选的，该种双p-gan栅氮化镓增强型器件还包括p型si衬底1，p型si衬底1位于gan缓冲层2的底部。
44.实施例2：
45.在实施例1的基础上，p-gan势垒层ⅰ6和p-gan势垒层ⅱ7长度相同，当p-gan势垒层ⅰ6作为主栅时，p-gan势垒层ⅱ7作为副栅；当 p-gan势垒层ⅰ6作为副栅时，p-gan势垒层ⅱ7作为主栅。
46.实施例3：
47.在实施例1的基础上，如图6所示，p-gan势垒层ⅰ6和p-gan势垒层ⅱ7长度不同，p-gan势垒层ⅰ6和p-gan势垒层ⅱ7之间相对长度长的作为主栅，相对长度短的作为副栅。
48.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。