调节式GaN器件及其制备方法

本发明属于半导体制造，涉及一种调节式gan器件及其制备方法。

背景技术：

1、氮化镓（gallium nitride，gan）作为第三代半导体材料，由于其禁带宽度大、击穿场强高、导热性优良、电子饱和速度大等特点，已成为被广泛深入研究和应用的半导体材料。

2、gan器件阈值电压（vth）及其导通特性通常是通过对外延结构、工艺设计进行定义，如外延结构中的势垒的厚度、组分、栅极金属的功函数等。一旦确定工艺设计，后期很难调整，要想获得不同的gan器件阈值电压及导通特性，需要重新调整工艺涉及的外延结构及工艺方案，从而难以对gan器件的阈值电压、导通特性进行调节，尤其是在单片晶圆上进行的调节。

3、因此，提供一种调节式gan器件及其制备方法，实属必要。

技术实现思路

1、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调节式gan器件及其制备方法，用于解决现有技术中难以实现对gan器件的阈值电压及导通特性进行调节的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种调节式gan器件，所述调节式gan器件包括：

3、衬底；

4、外延结构，所述外延结构位于所述衬底上，包括自下而上叠置的gan沟道层、algan势垒层及位于所述algan势垒层上的多个间隔设置的p-gan岛，其中，临近的所述p-gan岛之间构成间隔通道，通过所述间隔通道及所述p-gan岛提供具有vth1及vth2的双阈值gan器件，且vth1﹤0﹤vth2；

5、栅电极，所述栅电极位于所述p-gan岛上且与所述p-gan岛对应设置；

6、栅金属互联结构，所述栅金属互联结构位于所述栅电极上，且所述栅金属互联结构电连接各所述栅电极。

7、可选地，所述外延结构还包括位于所述衬底与所述gan沟道层之间的aln缓冲层、位于所述gan沟道层与所述algan势垒层之间的aln插入层及位于所述algan势垒层与所述p-gan岛之间的aln刻蚀停止层中的一种或组合。

8、可选地，所述外延结构的厚度为100~650nm。

9、可选地，所述p-gan岛的横截面形貌包括圆形、椭圆形及多边形中的一种或组合；所述间隔通道的横截面形貌包括直线形、s形、环形中的一种或组合。

10、可选地，所述p-gan岛的长为0.5~1μm，宽为2~5μm，临近的所述p-gan岛之间的所述间隔通道的宽为0.5~2μm。

11、本发明还提供一种调节式gan器件的制备方法，包括以下步骤：

12、提供衬底；

13、于所述衬底上形成外延结构，所述外延结构包括自下而上叠置的gan沟道层、algan势垒层及位于所述algan势垒层上的p-gan层；

14、结合掩膜版，图形化所述p-gan层，形成多个间隔设置的p-gan岛，其中，临近的所述p-gan岛之间构成间隔通道，通过所述间隔通道及所述p-gan岛提供具有vth1及vth2的双阈值gan器件，且vth1﹤0﹤vth2；

15、于所述p-gan岛上形成与所述p-gan岛对应设置的栅电极；

16、于所述栅电极上形成栅金属互联结构，且所述栅金属互联结构电连接各所述栅电极。

17、可选地，形成所述外延结构时，还包括于所述衬底与所述gan沟道层之间形成aln缓冲层的步骤、于所述gan沟道层与所述algan势垒层之间形成aln插入层的步骤及于所述algan势垒层与所述p-gan层之间形成aln刻蚀停止层的步骤中的一种或组合；其中，形成的所述外延结构的厚度为100~650nm。

18、可选地，形成的所述p-gan岛的横截面形貌包括圆形、椭圆形及多边形中的一种或组合；形成的所述间隔通道的横截面形貌包括直线形、s形、环形中的一种或组合。

19、可选地，形成的所述p-gan岛的长为0.5~1μm，宽为2~5μm，临近的所述p-gan岛之间的所述间隔通道的宽为0.5~2μm。

20、可选地，所述衬底包括sic衬底、蓝宝石衬底、gan衬底或si衬底。

21、如上所述，本发明的所述调节式gan器件及其制备方法，在确定了所述外延结构及制备工艺方案后，结合所述掩膜版可图形化所述p-gan层获得多个间隔设置的所述p-gan岛及位于所述p-gan岛之间的所述间隔通道，以提供双阈值gan器件，从而通过对所述掩膜版的版图设计即可实现具有不同阈值电压、导通特性的gan器件的制备，以便捷的满足芯片设计需求，免除重新定义外延结构、工艺等的成本与时间。

技术特征：

1.一种调节式gan器件，其特征在于，所述调节式gan器件包括：

2.根据权利要求1所述的调节式gan器件，其特征在于：所述外延结构还包括位于所述衬底与所述gan沟道层之间的aln缓冲层、位于所述gan沟道层与所述algan势垒层之间的aln插入层及位于所述algan势垒层与所述p-gan岛之间的aln刻蚀停止层中的一种或组合。

3.根据权利要求1所述的调节式gan器件，其特征在于：所述外延结构的厚度为100~650nm。

4.根据权利要求1所述的调节式gan器件，其特征在于：所述p-gan岛的横截面形貌包括圆形、椭圆形及多边形中的一种或组合；所述间隔通道的横截面形貌包括直线形、s形、环形中的一种或组合。

5.根据权利要求1所述的调节式gan器件，其特征在于：所述p-gan岛的长为0.5~1μm，宽为2~5μm，临近的所述p-gan岛之间的所述间隔通道的宽为0.5~2μm。

6.一种调节式gan器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的调节式gan器件的制备方法，其特征在于：形成所述外延结构时，还包括于所述衬底与所述gan沟道层之间形成aln缓冲层的步骤、于所述gan沟道层与所述algan势垒层之间形成aln插入层的步骤及于所述algan势垒层与所述p-gan层之间形成aln刻蚀停止层的步骤中的一种或组合；其中，形成的所述外延结构的厚度为100~650nm。

8.根据权利要求6所述的调节式gan器件的制备方法，其特征在于：形成的所述p-gan岛的横截面形貌包括圆形、椭圆形及多边形中的一种或组合；形成的所述间隔通道的横截面形貌包括直线形、s形、环形中的一种或组合。

9.根据权利要求6所述的调节式gan器件的制备方法，其特征在于：形成的所述p-gan岛的长为0.5~1μm，宽为2~5μm，临近的所述p-gan岛之间的所述间隔通道的宽为0.5~2μm。

10.根据权利要求6所述的调节式gan器件的制备方法，其特征在于：所述衬底包括sic衬底、蓝宝石衬底、gan衬底或si衬底。

技术总结
本发明提供一种调节式GaN器件及其制备方法，在确定了所述外延结构及制备工艺方案后，结合所述掩膜版可图形化所述P‑GaN层获得多个间隔设置的所述P‑GaN岛及位于所述P‑GaN岛之间的所述间隔通道，以提供双阈值GaN器件，从而通过对所述掩膜版的版图设计即可实现具有不同阈值电压、导通特性的GaN器件的制备，以便捷的满足芯片设计需求，免除重新定义外延结构、工艺等的成本与时间。

技术研发人员：郁发新,莫炯炯,开翠红,吕贝贝,张立星
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14