CN111863957A - 一种常闭型高电子迁移率晶体管及其制造方法 - Google Patents
一种常闭型高电子迁移率晶体管及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111863957A CN111863957A CN202010518624.8A CN202010518624A CN111863957A CN 111863957 A CN111863957 A CN 111863957A CN 202010518624 A CN202010518624 A CN 202010518624A CN 111863957 A CN111863957 A CN 111863957A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- substrate
- gan
- normally
- algan
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 77
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 74
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 191
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 94
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 35
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 16
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 15
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims description 11
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 claims description 8
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 6
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 4
- 239000004831 Hot glue Substances 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims 4
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 abstract description 14
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 abstract description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 9
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000000779 depleting effect Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- -1 on the other hand Substances 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/40—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
- H10D30/47—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels having 2D charge carrier gas channels, e.g. nanoribbon FETs or high electron mobility transistors [HEMT]
- H10D30/471—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT]
- H10D30/477—Vertical HEMTs or vertical HHMTs
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/01—Manufacture or treatment
- H10D30/015—Manufacture or treatment of FETs having heterojunction interface channels or heterojunction gate electrodes, e.g. HEMT
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
- H10D62/124—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of semiconductor bodies or of junctions between the regions
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
本发明属于半导体技术领域，特指一种常闭型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制造方法。所述晶体管自下而上依次包括：漏极电极、基板、键合金属层、漏极欧姆接触金属层、高阻层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、P型层、钝化层、源极电极和栅极电极，其特征是：在所述栅极电极正下方的高阻层内设有通孔，使漏极欧姆接触金属层与GaN沟道层联通，形成由漏极欧姆接触金属层导电的垂直导电通道,可以获得更低的导通电阻。本发明还公开了所述高电子迁移率晶体管结构的制造方法，制造过程无需二次外延和离子注入，从根源上消除了传统制造方法中二次外延带来的界面污染以及离子注入所带来的晶格损伤、工艺复杂、成本较高等不利影响。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是涉及一种常闭型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及制造方法。
背景技术
相比于第一、二代半导体材料，第三代半导体材料GaN材料具有禁带宽度大、击穿场强高、电子迁移率大、抗辐射能力强等优点，在GaN基高电子迁移率晶体管无线通信基站、雷达、汽车电子等高频大功率领域具有极大的发展潜力。AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(AlGaN/GaN HEMT)结构的出现是基于1975年T.Mimura等人以及1994年M.A.Khan等人所描述的现象：在AlGaN和GaN异质结构界面区域显示出异常高的电子迁移率。目前常规的AlGaN/GaN HEMT器件为平面结构，器件的源极、漏级和栅极均在器件的顶面，容易引起可靠性下降，例如在大栅极偏压或者高频条件下会出现电流崩塌效益，当工作在高温、大功率环境时会产生“自热效应”等。同时，平面结构AlGaN/GaN HEMT也不利于与其他元器件的集成。垂直结构AlGaN/GaN HEMT从原理上可以很好的解决水平结构AlGaN/GaN HEMT的上述问题，成为AlGaN/GaN HEMT器件的发展趋势。
在垂直结构AlGaN/GaN HEMT器件的制作过程中，垂直电流导电通道的形成一直是一个难点。现有垂直电流导电通道的形成有如下几种方案：
(1)利用P-GaN作为电流阻挡层，然后利用光刻技术在P-GaN形成小孔，再进行二次外延用N-GaN填充小孔作为垂直导电通道。这种方法需要进行二次外延，非常容易引起界面的污染从而影响器件的性能，且成本较高。具体方法见AlGaN/GaN current aperturevertical electron transistors with regrown channels，Journal of AppliedPhysics，2004，95(4)：2073-2078。
(2)通过离子注入在本征GaN上选区形成高阻，作为电流阻挡层，在需要导通的区域不进行离子注入而成为垂直导电通道。可利用Mg离子注入形成P-GaN电流阻挡层，见Enhancement and depletion mode AlGaN/GaN CAVET with Mg-Ion-Implanted GaN ascurrent blocking layer,IEEE Electron Device Letters,2008,29(6):543-545；或利用利用Al离子注入造成的晶格缺陷形成高阻，作为电流阻挡层，见Current status andscope of galliumnitride-based vertical transistors for high-power electronicsapplication,Semiconductor Science and technology,2013,28:074014。然而，离子注入会带来显著的晶格损伤，容易引起严重的漏电甚至电流崩塌。同时离子注入工艺复杂，成本较高，不利于生产成本的控制。
(3)先进行一次外延，形成高阻GaN层作为电流阻挡层，利用Si离子注入在高阻GaN上选区形成低阻区域，作为垂直导电通道，然后二次外延生长后续沟道层、势垒层等，见CN201510103132.1，CN201510109496.0。该方法相比利用Mg和Al离子注入有明显提升，对外延层的损伤显著降低，然而依然需要二次外延，容易造成界面污染从而影响器件的性能，且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的垂直结构AlGaN/GaN HEMT器件结构及其制造方法，无需二次外延和离子注入，从根本上避免了二次外延和离子注入所带来的不利影响。
本发明的目的是这样实现的：
一种常闭型垂直结构AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管结构，自下而上依次包括：漏极电极、基板、键合金属层、漏极欧姆接触金属层、高阻层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、P型层、钝化层、源极电极和栅极电极，其特征是：在所述栅极电极正下方的高阻层内设有通孔，使漏极欧姆接触金属层与GaN沟道层联通，形成由漏极欧姆接触金属层导电的垂直导电通道,所述GaN沟道层与AlGaN势垒层之间形成二维电子气，所述P型层紧挨栅极电极底部，且仅存在于栅极电极下方区域，通过耗尽栅极电极下方的二维电子气而实现对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的关断，成为常闭结构。
更进一步，所述高阻层内的通孔的外边缘比栅极电极的外边缘小，定义高阻层内的通孔的外边缘与栅极电极的外边缘之间的距离为Lg，1μm≤Lg≤10μm。
优选地，Lg与高阻层厚度之间的差值小于1微米。在此，Lg与高阻层基本等厚可以确保本发明一种常闭型垂直结构AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管在承受高电压时，电场能比较均匀的分布在器件内，从而提升器件的击穿性能。
更进一步，在所述GaN沟道层与AlGaN势垒层之间设有AlN层，AlN层厚度0～5nm，当AlN层厚度为0nm时，相当于去掉AlN层。
更进一步，所述高阻层为掺C元素的GaN或掺Fe元素的GaN或掺C元素的AlGaN或掺Fe元素的AlGaN，所述高阻层的厚度为1～10μm。
更进一步，所述P型层为掺Mg元素的GaN或掺Mg元素的AlGaN。
更进一步，所述基板为导电导热良好的材料，如Si、Ge、Cu、Cu合金等，但不限于此。
更进一步，所述GaN沟道层为非故意掺杂的GaN层，厚度为100nm～500nm。
更进一步，所述AlGaN势垒层为AlxGa(1-x)N层，厚度为10nm～30nm，其中0.1≤x≤0.5。
一种常闭型垂直结构AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管制造方法，包括以下步骤：
(1)提供衬底，在所述衬底上依次生长包括缓冲层、高阻层、GaN沟道层、AlN层、AlGaN势垒层、P型层在内的HEMT外延薄膜；
(2)在所述HEMT外延薄膜上通过光刻腐蚀技术腐蚀掉需制作栅极电极之外区域的P型层；
(3)在AlGaN势垒层和P型层上生长钝化层；
(4)利用光刻腐蚀技术腐蚀掉需制作源极电极位置的钝化层，之后利用剥离技术制作源极电极；
(5)利用光刻腐蚀技术腐蚀掉P型层上方的钝化层，之后利用剥离技术制作栅极电极；
(6)在制作了源极电极和栅极电极的HEMT外延薄膜表面制作粘接层；
(7)提供过渡基板，在所述过渡基板正面制作粘结层，在过渡基板反面制作保护层,利用粘结层将制作了源极电极和栅极电极的HEMT外延薄膜和过渡基板粘贴在一起；
(8)腐蚀掉衬底及缓冲层得到过渡HEMT外延薄膜，在腐蚀衬底及缓冲层的过程中，过渡基板反面的保护层能确保过渡基板不被腐蚀；
(9)利用光刻腐蚀技术，在过渡HEMT外延薄膜的栅极电极对应区域的高阻层内形成通孔并在通孔位置露出GaN沟道层，使高阻层内通孔的外边缘比栅极电极的外边缘小；
(10)在形成了通孔的过渡HEMT外延薄膜上依次沉积漏极欧姆接触层、键合金属层；
(11)提供基板，在所述基板正面沉积键合金属层，背面制作漏极电极，利用键合金属层将过渡HEMT外延薄膜和基板绑定在一起；
(12)去除过渡基板保护层、过渡基板和粘结层，获得常闭型垂直结构AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管。
更进一步，所述衬底为硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底或氮化铝衬底。
更进一步，所述粘结层为热固型胶黏剂、热熔型胶黏剂、光固化有机胶、石蜡或者低熔点金属。
相比于现有技术，本发明有如下有益效果：
与现有常规垂直结构AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管相比，本发明提供的结构无需采用二次外延和离子注入过程，从根源上消除了二次外延带来的界面污染以及离子注入所带来的晶格损伤、工艺复杂、成本较高等不利影响。同时，与现有常规结构中采用离子注入Si掺杂的GaN作为垂直导电通道不同，本发明采用金属作为垂直导电通道，可以获得更低的导通电阻。
本发明设计的高阻层内的通孔的外边缘比栅极电极的外边缘小，且高阻层内的通孔的外边缘与栅极电极的外边缘之间的保持了合适距离，此距离的优选大小与高阻层的厚度接近，这样可以使本发明垂直结构AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管在承受高电压时，电场能均匀的分布到各处，而不是主要分布于栅极电极的外边缘与高阻层内通孔的外边缘之间区域，从而显著提升其击穿电压。
本发明提供的制造垂直结构AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的方法需要将生长衬底去除，而选择导电导热良好的基板作为导电和散热通道，因此一方面在选择生长衬底时可以挑选能获得高质量GaN、价格便宜的衬底，而不需考虑导电和导热性能，例如蓝宝石衬底，另一方面基板也可以选择良好导热导电、价格便宜的材料，例如Cu、Cu合金、Si等材料，使得衬底选择更为灵活，进一步提升器件的综合性价比。
附图说明
图1为本发明一种常闭型垂直结构AlGaN GaN高电子迁移率晶体管结构截面示意图。
图2为本发明实施例1中一种常闭型垂直结构AlGaN GaN高电子迁移率晶体管制造方法步骤1示意图。
图3为本发明实施例1中一种常闭型垂直结构AlGaN GaN高电子迁移率晶体管制造方法步骤2示意图。
图4为本发明实施例1中一种常闭型垂直结构AlGaN GaN高电子迁移率晶体管制造方法步骤3示意图。
图5为本发明实施例1中一种常闭型垂直结构AlGaN GaN高电子迁移率晶体管制造方法步骤4示意图。
图6为本发明实施例1中一种常闭型垂直结构AlGaN GaN高电子迁移率晶体管制造方法步骤5示意图。
图7为本发明实施例1中一种常闭型垂直结构AlGaN GaN高电子迁移率晶体管制造方法步骤6示意图。
图8为本发明实施例1中一种常闭型垂直结构AlGaN GaN高电子迁移率晶体管制造方法步骤7示意图。
图9为本发明实施例1中一种常闭型垂直结构AlGaN GaN高电子迁移率晶体管制造方法步骤8示意图。
图10为本发明实施例1中一种常闭型垂直结构AlGaN GaN高电子迁移率晶体管制造方法步骤9示意图。
图11为本发明实施例1中一种常闭型垂直结构AlGaN GaN高电子迁移率晶体管制造方法步骤10示意图。
图12为本发明实施例1中一种常闭型垂直结构AlGaN GaN高电子迁移率晶体管制造方法步骤11示意图。
图13为本发明实施例1中一种常闭型垂直结构AlGaN GaN高电子迁移率晶体管制造方法步骤12示意图。
图示说明：100-HEMT外延薄膜，101-漏极电极，102-基板，103-键合金属层，104-漏极欧姆接触金属层，105-高阻层，106-GaN沟道层，107-AlN层，108-AlGaN势垒层，109-P型层，110-钝化层，111-源极电极，112-栅极电极，113-通孔，114-衬底，115-缓冲层，116-粘结层，117-过渡基板，118-保护层，200-过渡HEMT外延薄膜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1：
如图1所示为本发明一种常闭型垂直结构AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管结构示意图，自下而上依次包括：漏极电极101、基板102、键合金属层103、漏极欧姆接触金属层104、高阻层105、GaN沟道层106、AlGaN势垒层108、P型层109、钝化层110、源极电极111和栅极电极112，其特征是：在所述栅极电极112正下方的高阻层105内设有通孔113，使漏极欧姆接触金属层104与GaN沟道层106联通，形成由漏极欧姆接触金属层104导电的垂直导电通道,所述GaN沟道层106与AlGaN势垒层108之间形成二维电子气，所述P型层109紧挨栅极电极112底部，且仅存在于栅极电极下方区域，通过耗尽栅极电极下方的二维电子气而实现对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的关断，成为常闭结构。
所述高阻层105内的通孔113的外边缘比栅极电极的外边缘小，定义高阻层内的通孔的外边缘与栅极电极的外边缘之间的距离为Lg，1μm≤Lg≤10μm，优选地，Lg与高阻层厚度之间的差值小于1微米。
在所述GaN沟道层106与AlGaN势垒层108之间设有AlN层107，AlN层107厚度0～5nm，当AlN层107厚度为0nm时，相当于去掉AlN层。
所述高阻层105为掺C或Fe元素的GaN或AlGaN，所述高阻层105的厚度为1～10μm。
所述P型层109为掺Mg元素的P-GaN或者P-AlGaN。
所述基板102为导电导热良好的材料，如Si、Ge、Cu、Cu合金等，但不限于此。
所述GaN沟道层106为非故意掺杂的GaN层，厚度为100nm～500nm。
所述AlGaN势垒层108为AlxGa(1-x)N层，厚度为10nm～30nm，其中0.1≤x≤0.5。
本发明一种常闭型垂直结构AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管制造方法，包括以下步骤：
(1)如图2所示，提供衬底114，在所述衬底114上依次生长包括缓冲层115、高阻层105、GaN沟道层106、AlN层107、AlGaN势垒层108、P型层109在内的HEMT外延薄膜100；
(2)如图3所示，在所述HEMT外延薄膜100上通过光刻腐蚀技术腐蚀掉需要制作栅极电极之外区域的P型层；
(3)如图4所示，在AlGaN势垒层108和P型层109上生长钝化层110；
(4)如图5所示，利用光刻腐蚀技术腐蚀掉需制作源极电极111位置的钝化层110，之后利用剥离技术制作源极电极111；
(5)如图6所示，利用光刻腐蚀技术腐蚀掉P型层109上方的钝化层110，之后利用剥离技术制作栅极电极112；
(6)如图7所示，在制作了源极电极111和栅极电极112的HEMT外延薄膜表面制作粘接层116；
(7)如图8所示，提供过渡基板117，在所述过渡基板正面制作粘结层116，在过渡基板反面制作保护层118,利用粘结层116将制作了源极电极111和栅极电极112的HEMT外延薄膜和过渡基板粘贴在一起；
(8)如图9所示，腐蚀掉衬底114及缓冲层115得到过渡HEMT外延薄膜200，在腐蚀衬底及缓冲层的过程中，过渡基板反面的保护层118能确保过渡基板117不被腐蚀；
(9)如图10所示，利用光刻腐蚀技术，在过渡HEMT外延薄膜200的栅极电极112对应区域的高阻层内形成通孔113并在通孔位置露出GaN沟道层，使高阻层内的通孔的外边缘比栅极电极的外边缘小；
(10)如图11所示，在形成了通孔的过渡HEMT外延薄膜上依次沉积漏极欧姆接触层104、键合金属层103；
(11)如图12所示，提供基板102，在所述基板正面沉积键合金属层103，背面制作漏极电极101，利用键合金属层103将过渡HEMT外延薄膜和基板102绑定在一起；
(12)如图13所示，去除保护层118、过渡基板117和粘结层116，获得常闭型垂直结构AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管。
所述衬底114为硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底或氮化铝衬底中的一种。
所述粘结层116为热固型胶黏剂、热熔型胶黏剂、光固化有机胶、石蜡或者低熔点金属。
如图1所示本发明一种常闭型垂直结构AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管结构，其工作原理是：当栅极电压为零或者栅极电压低于阈值电压时，栅极电极112下方的二维电子气被耗尽，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管处于关态，表现为典型的常闭型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管特性；当栅极电压大于阈值电压时，电子从源极电极111沿着GaN沟道层106与AlGaN势垒层108界面处的二维电子气层传输，当传输到由漏极欧姆接触金属形成的垂直导电通道上方时，由于垂直导电通道相比周围的高阻层具有更低的电阻，电子会在垂直方向沿垂直导电通道传输，并到达漏极电极101，此时AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管处于开态，表现为电流沿垂直方向流过的垂直结构AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种常闭型高电子迁移率晶体管，自下而上依次包括：漏极电极、基板、键合金属层、漏极欧姆接触金属层、高阻层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、P型层、钝化层、源极电极和栅极电极，其特征在于：在所述栅极电极正下方的高阻层内设有通孔，使漏极欧姆接触金属层与GaN沟道层联通，形成由漏极欧姆接触金属层导电的垂直导电通道,所述GaN沟道层与AlGaN势垒层之间形成二维电子气，所述P型层紧挨栅极电极底部，且仅存在于栅极电极下方区域，通过耗尽栅极电极下方的二维电子气而实现对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的关断，成为常闭结构。
2.根据权利要求1所述的一种常闭型高电子迁移率晶体管，其特征在于：所述高阻层内通孔的外边缘比栅极电极的外边缘小，高阻层内通孔的外边缘与栅极电极的外边缘之间的距离为Lg，1μm≤Lg≤10μm。
3.根据权利要求2所述的一种常闭型高电子迁移率晶体管，其特征在于：Lg与高阻层厚度之间的差值小于1微米。
4.根据权利要求1所述的一种常闭型高电子迁移率晶体管，其特征在于：在所述GaN沟道层与AlGaN势垒层之间设有AlN层，AlN层厚度0～5nm。
5.根据权利要求1所述的一种常闭型高电子迁移率晶体管，其特征在于：所述高阻层为掺C元素的GaN或掺Fe元素的GaN或掺C元素的AlGaN或掺Fe元素的AlGaN，所述高阻层的厚度为1～10μm；所述P型层为掺Mg元素的GaN或掺Mg元素的AlGaN。
6.根据权利要求1所述的一种常闭型高电子迁移率晶体管，其特征在于：所述基板为导电导热良好的材料。
7.根据权利要求6所述的一种常闭型高电子迁移率晶体管，其特征在于：所述基板为Si、Ge、Cu或Cu合金，但不限于此。
8.根据权利要求1所述的一种常闭型高电子迁移率晶体管，其特征在于：所述GaN沟道层为非故意掺杂的GaN层，厚度为100nm～500nm，所述AlGaN势垒层为AlxGa(1-x)N层，厚度为10nm～30nm，其中0.1≤x≤0.5。
9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的常闭型高电子迁移率晶体管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)提供衬底，在所述衬底上依次生长包括缓冲层、高阻层、GaN沟道层、AlN层、AlGaN势垒层、P型层在内的HEMT外延薄膜；
(2)在所述HEMT外延薄膜上通过光刻腐蚀技术腐蚀掉需制作栅极电极之外区域的P型层；
(3)在AlGaN势垒层和P型层上生长钝化层；
(4)利用光刻腐蚀技术腐蚀掉需制作源极电极位置的钝化层，之后利用剥离技术制作源极电极；
(5)利用光刻腐蚀技术腐蚀掉P型层上方的钝化层，之后利用剥离技术制作栅极电极；
(6)在制作了源极电极和栅极电极的HEMT外延薄膜表面制作粘接层；
(7)提供过渡基板，在所述过渡基板正面制作粘结层，在过渡基板反面制作保护层,利用粘结层将制作了源极电极和栅极电极的HEMT外延薄膜和过渡基板粘贴在一起；
(8)腐蚀掉衬底及缓冲层得到过渡HEMT外延薄膜，在腐蚀衬底及缓冲层的过程中，过渡基板反面的保护层能确保过渡基板不被腐蚀；
(9)利用光刻腐蚀技术，在过渡HEMT外延薄膜的栅极电极对应区域的高阻层内形成通孔并在通孔位置露出GaN沟道层，使高阻层内通孔的外边缘比栅极电极的外边缘小；
(10)在形成了通孔的过渡HEMT外延薄膜上依次沉积漏极欧姆接触层、键合金属层；
(11)提供基板，在所述基板正面沉积键合金属层，背面制作漏极电极，利用键合金属层将过渡HEMT外延薄膜和基板绑定在一起；
(12)去除过渡基板保护层、过渡基板和粘结层，获得常闭型垂直结构AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管。
10.根据权利要求9所述的常闭型高电子迁移率晶体管的制造方法，其特征在于：所述衬底为硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底或氮化铝衬底；所述粘结层为热固型胶黏剂、热熔型胶黏剂、光固化有机胶、石蜡或者低熔点金属。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010518624.8A CN111863957B (zh) | 2020-06-09 | 2020-06-09 | 一种常闭型高电子迁移率晶体管及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010518624.8A CN111863957B (zh) | 2020-06-09 | 2020-06-09 | 一种常闭型高电子迁移率晶体管及其制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111863957A true CN111863957A (zh) | 2020-10-30 |
| CN111863957B CN111863957B (zh) | 2024-03-19 |
Family
ID=72986514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010518624.8A Active CN111863957B (zh) | 2020-06-09 | 2020-06-09 | 一种常闭型高电子迁移率晶体管及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111863957B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112420826A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-02-26 | 成都挚信电子技术有限责任公司 | 垂直pHEMT晶体管结构及开关芯片 |
| CN115148809A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-10-04 | 上海朕芯微电子科技有限公司 | 一种高电子迁移率晶体管及其制备方法 |
| CN115602715A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-01-13 | 英诺赛科（苏州）半导体有限公司（Cn） | 一种半导体装置及其形成方法 |
| CN115832040A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-03-21 | 深圳天狼芯半导体有限公司 | 碳化硅基氮化镓器件及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008270310A (ja) * | 2007-04-17 | 2008-11-06 | Toyota Central R&D Labs Inc | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体縦型トランジスタ及びその製造方法 |
| US20150270356A1 (en) * | 2014-03-20 | 2015-09-24 | Massachusetts Institute Of Technology | Vertical nitride semiconductor device |
| WO2015175915A1 (en) * | 2014-05-15 | 2015-11-19 | The Regents Of The University Of California | Trenched vertical power field-effect transistors with improved on-resistance and breakdown voltage |
-
2020
- 2020-06-09 CN CN202010518624.8A patent/CN111863957B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008270310A (ja) * | 2007-04-17 | 2008-11-06 | Toyota Central R&D Labs Inc | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体縦型トランジスタ及びその製造方法 |
| US20150270356A1 (en) * | 2014-03-20 | 2015-09-24 | Massachusetts Institute Of Technology | Vertical nitride semiconductor device |
| WO2015175915A1 (en) * | 2014-05-15 | 2015-11-19 | The Regents Of The University Of California | Trenched vertical power field-effect transistors with improved on-resistance and breakdown voltage |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112420826A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-02-26 | 成都挚信电子技术有限责任公司 | 垂直pHEMT晶体管结构及开关芯片 |
| CN112420826B (zh) * | 2020-11-20 | 2022-09-20 | 成都挚信电子技术有限责任公司 | 垂直pHEMT晶体管结构及开关芯片 |
| CN115148809A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-10-04 | 上海朕芯微电子科技有限公司 | 一种高电子迁移率晶体管及其制备方法 |
| CN115148809B (zh) * | 2022-05-23 | 2025-07-11 | 上海朕芯微电子科技有限公司 | 一种高电子迁移率晶体管及其制备方法 |
| CN115832040A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-03-21 | 深圳天狼芯半导体有限公司 | 碳化硅基氮化镓器件及其制备方法 |
| CN115602715A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-01-13 | 英诺赛科（苏州）半导体有限公司（Cn） | 一种半导体装置及其形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111863957B (zh) | 2024-03-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101108344B1 (ko) | 캡층 및 리세스된 게이트를 가지는 질화물계트랜지스터들의 제조방법들 | |
| CN111863957B (zh) | 一种常闭型高电子迁移率晶体管及其制造方法 | |
| CN110112215B (zh) | 兼具栅介质与刻蚀阻挡功能结构的功率器件及制备方法 | |
| TWI663635B (zh) | 使用離子植入之使高電阻率氮化物緩衝層的半導體材料生長 | |
| CN110190116A (zh) | 一种高阈值电压常关型高电子迁移率晶体管及其制备方法 | |
| US11430875B2 (en) | Method for manufacturing transistor | |
| CN106981513A (zh) | 基于高阻盖帽层的ⅲ族氮化物极化超结hemt器件及其制法 | |
| Ohki et al. | Reliability of GaN HEMTs: Current status and future technology | |
| CN108878509B (zh) | 氮化镓晶体管及其制造方法 | |
| JP3951743B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| GB2547661A (en) | Layered vertical field effect transistor and methods of fabrication | |
| CN111211161A (zh) | 一种双向散热的纵向氮化镓功率晶体管及其制备方法 | |
| CN110459595A (zh) | 一种增强型AlN/AlGaN/GaN HEMT器件及其制备方法 | |
| CN109950323B (zh) | 极化超结的ⅲ族氮化物二极管器件及其制作方法 | |
| CN108615756A (zh) | 半导体器件 | |
| CN110010682B (zh) | 具有三明治结构的GaN-HEMT器件及其制备方法 | |
| CN109950324A (zh) | p型阳极的Ⅲ族氮化物二极管器件及其制作方法 | |
| CN111211176A (zh) | 一种氮化镓基异质结集成器件结构及制造方法 | |
| CN114664938A (zh) | 一种GaN基HEMT器件及其制备方法和应用 | |
| CN111863959B (zh) | 一种垂直结构高电子迁移率晶体管结构及其制造方法 | |
| CN112201689B (zh) | 基于ⅲ族氮化物异质结的场效应晶体管及其制备方法 | |
| KR101172857B1 (ko) | 인헨스먼트 노멀리 오프 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법 | |
| CN112397587B (zh) | 一种常开型高电子迁移率晶体管及其制造方法 | |
| CN111863958B (zh) | 一种常开型高电子迁移率晶体管结构及其制造方法 | |
| CN110518067B (zh) | 基于沟道阵列的异质结场效应晶体管及其制作方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |