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专利号: 2020101237522
申请人: 常熟理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2023-09-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种具有多场板结构的氮化镓功率器件,包括由下至上依次叠置的衬底、成核层、缓冲层、第一插入层、第一GaN层、第二插入层、第二GaN层和AlGaN势垒层,所述AlGaN势垒层的两端分别为源极金属和漏极金属,其特征在于:所述源极金属和漏极金属之间的所述AlGaN势垒层上由下之上依次设有栅极插入层、p型GaN栅极和栅极金属,所述源极金属和所述栅极金属之间的所述p型GaN栅极及所述AlGaN势垒层表面设有钝化层,所述漏极金属和所述栅极金属之间的所述p型GaN栅极及所述AlGaN势垒层表面设有钝化层,位于所述AlGaN势垒层表面的所述钝化层呈间隔排列的条状,所述间隔排列的条状的钝化层由所述源极金属向所述漏极金属排列,栅极场板覆盖若干所述条状的钝化层并设置于所述栅极金属的两侧与所述栅极金属电连接,漏极场板覆盖若干所述条状的钝化层并与所述漏极金属电连接,所述源极金属和所述栅极金属之间的钝化层表面、所述栅极场板和所述漏极场板的表面以及所述栅极场板和所述漏极场板之间设有保护层;

所述第一插入层由多周期的超晶格结构材料构成,所述第一插入层为GaN、AlN、InN、AlGaN、AlInN、InGaN、AlInGaN任意组合构成的多周期超晶格结构材料中的任意一种或多种,所述第一插入层的周期数为1   20,厚度为50 nm   500 nm;

~ ~

所述第二插入层由单层或者多周期的超晶格结构材料构成;

所述栅极插入层由单层或者多周期的超晶格结构材料构成。

2.根据权利要求1所述的具有多场板结构的氮化镓功率器件,其特征在于,由所述栅极场板覆盖的所述间隔排列的条状的钝化层的间隔距离由所述栅极金属向两侧依次减小,由所述漏极场板覆盖的所述间隔排列的条状的钝化层的间隔距离由所述漏极金属向所述栅极金属依次减小。

3.根据权利要求1所述的具有多场板结构的氮化镓功率器件,其特征在于,所述第二插入层为单层的AlN、AlGaN、AlInN、AlInGaN中的任意一种或者为AlN、AlGaN、AlInN、AlInGaN任意组合构成的多周期超晶格结构材料中的任意一种或多种,所述第二插入层由多周期超晶格结构材料构成时周期数为1   10,厚度为10 nm   100 nm。

~ ~

4.根据权利要求1所述的具有多场板结构的氮化镓功率器件,其特征在于,所述栅极插入层为单层的GaN、AlGaN、AlInN、AlInGaN中的任意一种或者为GaN、AlN、InN、AlGaN、AlInN、InGaN、AlInGaN任意组合构成的多周期超晶格结构材料中的任意一种或多种,所述栅极插入层由多周期超晶格结构材料构成时周期数为1   5,厚度为5 nm   50 nm。

~ ~

5.根据权利要求1所述的具有多场板结构的氮化镓功率器件,其特征在于,所述栅极场板和所述漏极场板采用功函数在4 eV   6 eV范围内的任意一种或者多种金属。

~

6.根据权利要求1所述的具有多场板结构的氮化镓功率器件,其特征在于,所述的钝化层为SiO2、Si3N4、SiC中的任意一种或多种,厚度为20 nm ~ 200 nm。

7.根据权利要求1所述的具有多场板结构的氮化镓功率器件,其特征在于,所述的栅极

16  ‑3  21  ‑3

插入层为p型掺杂的,掺杂浓度为:1×10 cm  1×10 cm ,所述p型GaN栅极的掺杂浓度~

16  ‑3  21  ‑3

为:1×10 cm  1×10 cm ,所述p型GaN栅极厚度为30 nm   100 nm。

~ ~

8.根据权利要求1所述的具有多场板结构的氮化镓功率器件,其特征在于,所述衬底为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓、氧化镓、氧化锌、金刚石中的任意一种;所述成核层为GaN、AlN、InN中的任意一种,所述成核层厚度为5 nm   20 nm;所述缓冲层为GaN、AlGaN、AlInN、~AlInGaN中的任意一种,所述缓冲层厚度为1000 nm   3000 nm;所述第一GaN层厚度为1000 ~nm   3000 nm;所述第二GaN层厚度为1000 nm   3000 nm;所述AlGaN势垒层厚度为5 nm   ~ ~ ~

50 nm;所述保护层为SiO2、Si3N4、SiC中的任意一种或多种,所述保护层厚度为200 nm ~ 

2000 nm;所述栅极金属、所述源极金属、所述漏极金属为钛、铝、金、镍、银中的任意一种或多种。

9.一种具有多场板结构的氮化镓功率器件的制备方法,其特征在于,依次包括以下步骤:(1)在衬底上生长成核层;

(2)在成核层上生长一层缓冲层;

(3)在缓冲层上生长第一插入层;

(4)在第一插入层上生长第一GaN层;

(5)在第一GaN层上生长第二插入层;

(6)在第二插入层上生长第二GaN层;

(7)在第二GaN层上生长AlGaN势垒层;

(8)在AlGaN势垒层上生长栅极插入层;

(9)在栅极插入层上生长p型GaN栅极;

(10)在p型GaN栅极的表面做好掩模,刻蚀整个外延层,直到露出AlGaN势垒层的远离衬底一侧的上表面为止;

(11)在刻蚀后的外延层的上表面生长钝化层;

(12)在对位于栅极插入层的两侧的钝化层进行刻蚀,刻蚀到AlGaN势垒层的上表面为止,形成间隔排列的条状的钝化层;

(13)在刻蚀后的钝化层上表面及裸露的AlGaN势垒层上表面蒸镀金属场板;

(14)对金属场板的中间位置进行刻蚀,直到刻蚀到AlGaN势垒层上表面为止,形成左右独立绝缘的栅极场板和漏极场板;

(15)刻蚀栅极插入层左侧的所述栅极场板远离所述栅极插入层方向的所述栅极场板的最末端,直到露出钝化层或者AlGaN势垒层的上表面为止;在整个外延层的表面生长保护层;

(16)刻蚀p型GaN栅极上表面部分或者全部区域的钝化层和保护层,直到露出p型GaN栅极的上表面为止,形成凹陷区域,再在该凹陷区域内蒸镀栅极金属,并且栅极对电极进行退火处理;

(17)在栅极插入层左侧远离栅极插入层外延层的边缘区域,刻蚀外延层,直到露出AlGaN势垒层为止,形成凹陷区域,再在该凹陷区域内蒸镀源极金属,并且对源极电极进行退火处理;

(18)在栅极插入层右侧远离栅极插入层外延层的边缘区域,刻蚀外延层,直到露出AlGaN势垒层为止,形成凹陷区域,再在该凹陷区域内蒸镀漏极金属,并且对漏极电极进行退火处理;

其中,在栅极场板下间隔排列的条状的钝化层的间隔距离由所述栅极金属向两侧依次减小,在漏极场板下间隔排列的条状的钝化层的间隔距离由所述漏极金属向所述栅极金属依次减小。