一种具有梳状源极场板提高耐压的GaNHEMT及制备方法与流程

本发明涉及半导体，具体涉及一种具有梳状源极场板提高耐压的ganhemt及制备方法。

背景技术：

1、氮化镓（gan）因具有宽带隙、耐高温、大击穿电压的特点，成为新兴的第三代半导体研究材料。algan/gan异质结构由于自发极化和压电极化，在algan与gan界面电离产生高浓度和高电子迁移率的二维电子气(2deg)，使其在电力电子器件和射频器件中备受关注。其中p-gan栅增强型hemt凭借消除负电源电压，稳定的阈值电压，利于集成的优势成为目前最为广泛使用的器件。

2、氮化镓高电子迁移率晶体管gan hemt(highelectron mobility transistors)作为宽禁带功率半导体器件的代表，器件在高频功率应用方面有巨大的潜力。gan材料相比于si和sic具有更高的电子迁移率、饱和电子速度和击穿电场。由于材料上的优势，gan功率器件可以实现更小的导通电阻和栅极电荷（意味着更优秀的传导和开关性能）。因此gan功率器件更适合于高频应用场合，对提升变换器的效率和功率密度非常有利。目前gan功率器件主要应用于电源适配器、车载充电、数据中心等领域，也逐渐成为5g基站电源的最佳解决方案。

3、研究表明，场板结构可以通过降低栅极边缘电场来提高器件的击穿电压。此外，发现采用场板结构的器件，可以降低电流崩塌现象发生几率，这是因为场板结构能够有效降低栅极边缘电场强度，减少电子从栅极与漏极之间的势垒层隧穿到表面陷阱的机率，阻碍了虚栅效应的形成，使得虚栅作用减弱，有效抑制器件的电流崩塌作用。

4、栅场板在器件中引入栅源寄生电容和栅漏寄生电容，对器件频率特性有着明显的降低。而源场板结构主要产生栅源寄生电容，为了进一步提升器件击穿电压，故需要对源场板结构进行了优化。总所周知，具有源场板的gan hemt器件中，两个沟道电场峰值之间的沟道电场值较低，且该低电场范围随着源场板的增大先增大后下降。说明较长的源场板并没有充分发挥调制沟道电场分布的作用。因此，为了进一步增强源场板的调制沟道电场的能力，采取一些措施以提高源场板下面沟道电场分布具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有梳状源极场板提高耐压的gan hemt及制备方法，该gan hemt在栅极和源极之间引入了源极场板，并将源极场板的第二端设置为梳状，因为具有源场板的gan hemt 器件主要形成两个电势线密集区域，即源极场板靠近漏极一侧的边缘。而通过在源场板有效长度下方的钝化层中蚀刻沟槽，并在沟槽中填充金属形成梳状的源场板结构，本发明可以在每个沟槽中金属右侧下方都形成新的沟道电场尖峰，因此梳状的场板结构具有更加优异的电势线调制作用，获得更加均匀沟道电场分布，从而具有更好的阻断能力。此外，与仅具有相同有效源场板长度的器件相比，具有梳状结构的器件中场板的漏极一侧边缘附近的高电场分布范围更大。

2、一种具有梳状源极场板提高耐压的gan hemt，包括：梳状源极场板；

3、所述梳状源极场板位于源极和漏极之间；

4、所述梳状源极场板的第一端与源极连接并延伸至栅极上方，第二端位于栅极和漏极之间并被钝化层包覆；

5、所述梳状源极场板的第二端包括至少一个延伸部。

6、优选地，还包括：t型栅极；

7、所述t型栅极包括本体部和延伸部；

8、所述t型栅极的本体部与algan势垒层形成肖特基接触。

9、优选地，所述梳状源极场板的第二端的长度为0.6-1.2um。

10、优选地，所述梳状源极场板的第二端最靠近栅极的凸起与栅极之间的间隔为0.2-0.5um。

11、优选地，所述梳状源极场板的凸起与algan势垒层之间的间隔为0.04-0.06um。

12、优选地，所述梳状源极场板的第二端最靠近栅极的凸起的长度为0.5um。

13、优选地，所述梳状源极场板的第二端的凸起的长度沿栅极向漏极方向依次递增。

14、优选地，所述梳状源极场板的第一端与algan势垒层之间的竖直方向的距离为0.5-0.8um。

15、优选地，还包括：源极、漏极、栅极、衬底、缓冲层、钝化层、algan势垒层、gan层和钝化层；

16、所述衬底位于所述缓冲层下方；

17、所述缓冲层位于所述gan层下方；

18、所述gan层位于所述algan势垒层下方；

19、所述algan势垒层位于所述钝化层下方；

20、所述源极位于所述algan势垒层上方；

21、所述栅极位于所述algan势垒层上方；

22、所述漏极位于所述algan势垒层上方。

23、一种具有梳状源极场板提高耐压的gan hemt制备方法，包括：

24、制备gan hemt；

25、在gan hemt的钝化层上蚀刻梳状沟槽；

26、在沟槽中沉积金属形成梳状源极场板。

27、本发明将传统的单个源极场板改进为一端具有多个凸起的梳状源极场板，并根据gan hemt的电场分布来调制各个凸起的参数（宽度、长度、间隔），因为单个源极场板对电场的调制能力有限，而梳状的源极场板可以更好地对电场线进行调制，以获得更均匀的沟道电场，具有更好的阻断能力，还通过将传统栅极结构改进为t型结构，将栅极的延伸部向水平方向扩展，从而通过栅极的延伸部进一步对栅极边缘的电场进行改善，减小栅极边缘电场线集中的情况，显著提高了gan hemt的耐压性能。

技术特征：

1.一种具有梳状源极场板提高耐压的gan hemt，其特征在于，包括：梳状源极场板；

2.根据权利要求1所述的一种具有梳状源极场板提高耐压的gan hemt，其特征在于，还包括：t型栅极；

3.根据权利要求1所述的一种具有梳状源极场板提高耐压的gan hemt，其特征在于，所述梳状源极场板的第二端的长度为0.6-1.2um。

4.根据权利要求2所述的一种具有梳状源极场板提高耐压的gan hemt，其特征在于，所述梳状源极场板的第二端最靠近栅极的凸起与栅极之间的间隔为0.2-0.5um。

5.根据权利要求2所述的一种具有梳状源极场板提高耐压的gan hemt，其特征在于，所述梳状源极场板的凸起与algan势垒层之间的间隔为0.04-0.06um。

6.根据权利要求2所述的一种具有梳状源极场板提高耐压的gan hemt，其特征在于，所述梳状源极场板的第二端最靠近栅极的凸起的长度为0.5um。

7.根据权利要求2所述的一种具有梳状源极场板提高耐压的gan hemt，其特征在于，所述梳状源极场板的第二端的凸起的长度沿栅极向漏极方向依次递增。

8.根据权利要求2所述的一种具有梳状源极场板提高耐压的gan hemt，其特征在于，所述梳状源极场板的第一端与algan势垒层之间的竖直方向的距离为0.5-0.8um。

9.根据权利要求1所述的一种具有梳状源极场板提高耐压的gan hemt，其特征在于，还包括：源极、漏极、栅极、衬底、缓冲层、钝化层、algan势垒层、gan层和钝化层；

10.一种具有梳状源极场板提高耐压的gan hemt制备方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供一种具有梳状源极场板提高耐压的GaN HEMT及制备方法，该GaN HEMT包括：梳状源极场板；所述梳状源极场板位于栅极和漏极之间；所述梳状源极场板的第一端与源极连接并延伸至栅极上方，第二端位于栅极和漏极之间并被钝化层包覆；所述梳状源极场板的第二端包括至少一个延伸部。本发明在栅极和源极之间引入了源极场板，并将源极场板的第二端设置为梳状，通过在源场板有效长度下方的钝化层蚀刻沟槽，并在沟槽中填充金属形成梳状的源场板结构，可以在每个沟槽中金属右侧下方都形成新的沟道电场峰，因此梳状结构的场板具有更加优异的电势线调制作用，获得更加均匀沟道电场分布，从而具有更好的阻断能力。

技术研发人员：古佳茜
受保护的技术使用者：深圳天狼芯半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21