一种高耐压的增强型CAVET及其制备方法

一种高耐压的增强型cavet及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种高耐压的增强型cavet及其制备方法。


背景技术：

2.gan cavet器件可以应用于功率电子系统中的逆变器或开关电源中，实现低的开关损耗和高的耐压性能，进而提高功率转换效率。
3.传统横向结构(hemt)存在诸多问题，比如横向结构需要通过增加栅漏之间漂移区的长度和掺杂浓度来增大器件的击穿电压，这会导致器件面积增大不利于集成，且横向结构存在栅极电场集中效应、缓冲层泄漏电流、电流坍塌等问题。垂直器件(cavet)源漏分别在器件顶部和底部，且栅极和源极都是低电压可以很好的缓解上述问题，但是目前无论是横向还是垂直器件，由于在algan/gan交界面处具有高浓度的二维电子气(2deg)，实际使用中往往需要加一个负电压把这部分二维电子气耗尽实现器件的关闭，不符合电路设计逻辑，因此如何设计增强型cavet器件成为gan功率器件需要研究的关键技术之一。目前主流做法是采用凹栅型实现增强型，例如:公开号为cn114914301a，公开了一种增强型垂直hemt器件结构的方法，其中增强型的实现是将栅极刻蚀成凹槽状，增强器件栅控能力，进而实现正向阈值电压，但是其刻蚀会对沟道进行损伤不利于饱和电流提升，且工艺复杂。其次，实现高的耐压特性也是困扰功率器件应用的一个难题，现有器件还远远没有达到gan材料理论极限值，因此如何发挥gan材料高临界击穿电场的优势，以满足对高压、高转换效率器件的需求，也是急需解决的重点之一，例如:授权号为cn105845724b，公开了一种积累型垂直hemt器件，通过引入绝缘栅极，在绝缘栅极侧壁形成电子积累层降低导通电阻，在绝缘栅极结构末端处引入电场尖峰，使器件电场分布更加均匀提升击穿电压，但是其在设计上较复杂，电场改善效果有限。


技术实现要素：

4.本发明的首要目的是提供一种高耐压的增强型cavet及其制备方法，该器件具有高击穿电压、低导通电阻和高阈值电压，其采用双层不同掺杂浓度的p型gan帽层，将导带提升至费米能级之上，同时刻蚀部分p型gan帽层，保留了部分二维电子气沟道，刻蚀部分以栅介质层填充，p型gan帽层下的沟道仍然处于关断状态，且栅介质层也可以分担一部分栅极电压，在不影响阈值电压的情况下，实现部分区域仍有高浓度二维电子气沟道，进而在导通状态下可以快速恢复二维电子气沟道获得较高的饱和电流，关断状态下做到阻挡载流子垂直运输实现增强型，在此基础上，通过将电流阻挡层设置为凹形，减小中间部位电流阻挡层的长度，降低了整个器件导通电阻，同时第一电流阻挡层区域和缓冲层之间仍具有较大的接触面积和较低的掺杂浓度，避免发生雪崩击穿导致器件击穿电压过低，与沟道接触的第三电流阻挡层具有较高的掺杂浓度提升了耐压性能，第二电流阻挡层的掺杂浓度介于第一电流阻挡层和第三电流阻挡层之间，避免了在电流阻挡层产生不连续的电场尖峰影响器件
击穿电压。
5.本发明至少提供如下技术方案：
6.本发明的一方面提供一种高耐压的增强型cavet，包括：衬底，具有相对设置的第一表面和第二表面；缓冲层设置于所述第一表面上；
7.电流孔径层和对称设置于电流孔径层两侧的第一凹形电流阻挡结构和第二凹形电流阻挡结构并列设置于所述缓冲层上；
8.沟道层设置于所述电流阻挡层和电流孔径层上；
9.势垒层设置于所述沟道层上；
10.第一源极和第二源极设置于所述沟道层上，位于所述势垒层的两侧；
11.第一p型gan帽层区域、第二p型gan帽层区域、第三p型gan帽层区域设置于所述势垒层上，相邻所述p型gan帽层区域之间设置有栅介质层；
12.栅极设置于所述gan帽层区域和所述栅介质层上；
13.第一源极与栅极和第一p型gan帽层之间，以及第二源极与栅极和第三p型gan帽层之间还设置有钝化层；
14.其中，所述第一凹形电流阻挡结构和所述第二凹形电流阻挡结构均由依次层叠的第一电流阻挡层、第二电流阻挡层和第三电流阻挡层组成，所述第一电流阻挡层与所述缓冲层邻接，所述第三电流阻挡层与所述沟道层邻接；
15.沿第一源极指向第二源极的方向上，所述电流孔径层在第一电流阻挡层所在层的宽度等于其在第三电流阻挡层所在层的宽度，所述电流孔径层在第一电流阻挡层所在层的宽度小于其在第二电流阻挡层所在层的宽度。
16.进一步地，所述第一电流阻挡层的掺杂浓度小于第二电流阻挡层，所述第二电流阻挡层的掺杂浓度小于第三电流阻挡层，所述电流阻挡层的掺杂浓度为1
×
10
17
cm-3
～5
×
10
17
cm-3
。
17.进一步地，所述第一电流阻挡层的厚度大于所述第二电流阻挡层的厚度，所述第二电流阻挡层的厚度大于所述第三电流阻挡层的厚度，所述电流阻挡层的厚度为200～400nm。
18.进一步地，第一p型gan帽层区域、第二p型gan帽层区域和第三p型gan帽层区域均由第一掺杂浓度的p型gan帽层和第二掺杂浓度的p型gan帽层层叠而成。
19.进一步地，所述第一掺杂浓度的p型gan帽层和第二掺杂浓度的p型gan帽层的厚度之和为10nm～100nm之间。
20.进一步地，第一掺杂浓度的p型gan帽层的掺杂浓度大于第二掺杂浓度的p型gan帽层，所述p型gan帽层的掺杂浓度为1
×
10
17
cm-3
～5
×
10
17
cm-3
。
21.进一步地，所述沟道层为gan沟道层，其厚度为40～50nm。
22.进一步地，所述势垒层为algan势垒层，其厚度为10～20nm，al组分为20％～30％之间。
23.本发明的另一方面提供一种高耐压的增强型cavet的制备方法，包括以下步骤：
24.在衬底上依次外延生长缓冲层和第一gan层；
25.在第一gan层的预定区域离子注入形成第一掺杂浓度的第一电流阻挡层，该预定区域以外的区域为第一电流孔径层；
26.在第一gan层上外延生长第二gan层，在第二gan层的预定区域离子注入形成第二掺杂浓度的第二电流阻挡层，该预定区域以外的区域为第二电流孔径层，所述第二电流孔径层的宽度大于所述第一电流孔径层的宽度；
27.在第二gan层上外延生长第三gan层，在第三gan层的预定区域离子注入形成第三掺杂浓度的第三电流阻挡层，该预定区域以外的区域为第三电流孔径层，所述第三电流孔径层的宽度等于所述第一电流孔径层的宽度；
28.在第三gan层上外延生长沟道层和势垒层；
29.在势垒层上外延生长第四gan层，对该第四gan层离子注入形成第一掺杂浓度的p型gan帽层；
30.在第一掺杂浓度的p型gan帽层上外延生长第五gan层，对该第五gan层离子注入形成第二掺杂浓度的p型gan帽层；
31.刻蚀所述第二掺杂浓度的p型gan帽层，形成贯穿所述第二掺杂浓度的p型gan帽层和第一掺杂浓度的p型gan帽层的孔洞，所述孔洞将所述p型gan帽层分为第一p型gan帽层区域、第二p型gan帽层区域和第三p型gan帽层区域；
32.在孔洞区域沉积栅介质层；
33.刻蚀所述势垒层的两侧区域，形成第一源极开孔和第二源极开孔；
34.在所述第一源极开孔和第二源极开孔中沉积金属，高温退火后形成欧姆接触的第一源极和第二源极；
35.在所述gan帽层区域及该帽层区域之间的栅介质层上沉积金属，低温退火后形成肖特基接触的栅极；
36.在栅极和源极之间沉积钝化层；
37.在所述衬底的背面沉积金属，高温退火后形成欧姆接触的漏极。
38.进一步地，所述第一电流阻挡层的掺杂浓度小于第二电流阻挡层，所述第二电流阻挡层的掺杂浓度小于第三电流阻挡层，所述电流阻挡层的掺杂浓度为1
×
10
17
cm-3
～5
×
10
17
cm-3
。
39.该器件的作用机理如下：当栅极无外加电压时候，具有通孔结构的双层p型gan帽层和弱n型掺杂algan之间产生内建电场，从而耗尽势垒层和沟道层之间的二维电子气沟道，整个器件处于关断状态，同时与沟道层接触的第三电流阻挡层具有较高的掺杂浓度，小幅度提升了阈值电压。当器件处于导通状态时候，此时栅极调控p-gan帽层，p-gan帽层下方的二维电子气沟道迅速补充大量电子，沟道整体导通，凹形电流阻挡层的设置使得电流流经电流孔径的导通电阻较小。当器件处于击穿状态的时候，凹形电流阻挡层调节缓冲层的电场分布，和缓冲层区域形成pn结辅助耗尽，提升器件耐压。
40.与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
41.本发明的器件通过在缓冲层上设置左右对称的凹形电流阻挡层结构，凹形电流阻挡层结构上设置有势垒层和沟道层，沟道层上设置有具有通孔结构的双层p型gan帽层，该凹形电流阻挡层结构由宽度相等的第一电流阻挡层和第三电流阻挡层以及宽度小于第一和第三电流阻挡层的第二电流阻挡层组成，第一电流阻挡层邻接缓冲层，具有较小的掺杂浓度，第三电流阻挡层邻接沟道层，具有较高的掺杂浓度，电流阻挡层和缓冲层交界处电场峰值增加，缓冲层区域的电场分布更为均匀，提升了器件的耐压性能，器件的阈值电压也有
一定的提升。另外，本发明的制备方法简单，易于实施。
附图说明
42.图1是本发明一实施例的器件结构示意图。
43.图2是对比例的器件结构示意图。
44.图3是algan/gan异质结能带示意图。
45.图4是本发明一实施例的器件内部等效电阻示意图。
46.图5是本发明一实施例的器件沿着钝化层中心cc1剖面线的电场分布图。
47.图6是本发明一实施例的器件的转移特性曲线。
48.图7是本发明一实施例的器件的输出特性曲线。
49.图8是本发明一实施例的器件的击穿特性曲线。
50.图9是本发明一实施例的器件沿栅极左侧1/4位置cc2剖面线的势垒层和沟道层交界面处的电子浓度分布图。
51.图10是本发明一实施例的制备方法流程示意图。
具体实施方式
52.接下来将结合本发明的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，均属于本发明保护的范围。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从公开商业途径获得。
53.本说明书中使用例如“之下”、“下方”、“下”、“之上”、“上方”、“上”等空间相对性术语，以解释一个元件相对于第二元件的定位。除了与图中所示那些不同的取向以外，这些术语意在涵盖器件的不同取向。
54.另外，使用诸如“第一”、“第二”等术语描述各个元件、层、区域、区段等，并非意在进行限制。使用的“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是开放式术语，表示存在所陈述的元件或特征，但不排除额外的元件或特征。除非上下文明确做出不同表述。
55.本发明说明书中，厚度是指沿栅极至漏极的方向上。宽度是指第一源极和第二源极之间的方向上。
56.如图1所示，本发明一实施例提供一种高耐压的增强型cavet，其自下而上包括，漏极10、衬底20、缓冲层30、第一电流阻挡层41、第二电流阻挡层42、第三电流阻挡层43和电流孔径层110；第三电流阻挡层43和电流孔径层110之上为沟道层50、势垒层60、源极；势垒层60之上设有第一p型gan帽层区域、第二p型gan帽层区域和第三p型gan帽层区域，相邻的帽层区域之间设置有钝化层，帽层区域和钝化层上设置有栅极100，整个器件左右对称。
57.衬底20选用蓝宝石衬底、gan衬底或者sic衬底，在一实施例中，选用gan衬底，厚度为0.6um至1.1um，掺杂浓度为1
×
10
17
cm-3-1
×
10
18
cm-3
，优选地，其厚度为1um，掺杂浓度为1
×
10
18
cm-3
。缓冲层30设置于衬底20上，缓冲层30选用n型掺杂gan，厚度为3um-14um，掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3-5
×
10
16
cm-3
，优选地，厚度为10um，掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3
。
58.电流孔径层110、第一凹形电流阻挡结构40a和第二凹形电流阻挡结构40b并列设
置于缓冲层上，第一凹形电流阻挡结构40a和第二凹形电流阻挡结构40b对称设置于电流孔径层110的两侧。
59.第一凹形电流阻挡结构40a包括依次层叠的第一电流阻挡层41a、第二电流阻挡层42a和第三电流阻挡层43a，第一电流阻挡层41a邻接缓冲层30，第三电流阻挡层43a邻接沟道层50。第一电流阻挡层41a的宽度大于第二电流阻挡层42a的宽度、等于第三电流阻挡层43a的宽度。第一电流阻挡层41a、第二电流阻挡层42a和第三电流阻挡层43a在第一源极91侧对齐设置，在电流孔径层110侧呈凹形结构。
60.第二凹形电流阻挡结构40b包括依次层叠的第一电流阻挡层41b、第二电流阻挡层42b和第三电流阻挡层43b，第一电流阻挡层41b邻接缓冲层30，第三电流阻挡层43b邻接沟道层50。第一电流阻挡层41b的宽度大于第二电流阻挡层42b的宽度、等于第三电流阻挡层43b的宽度。第一电流阻挡层41b、第二电流阻挡层42b和第三电流阻挡层43b在第二源极92侧对齐设置，在电流孔径层110侧呈凹形结构。
61.第一电流阻挡层41a、41b的宽度和第三电流阻挡层43a、43b的宽度为2μm至4μm，在一优选实施例中，其宽度为2.5μm。第二电流阻挡层42a、42b的宽度为1.5um至3um，在一优选实施例中，其宽度为2um。
62.电流阻挡层的厚度为200nm至400nm。第一电流阻挡层41a、41b的厚度大于第二电流阻挡层42a、42b的厚度，第二电流阻挡层42a、42b的厚度大于第三电流阻挡层43a、43b的厚度。在一优选实施例中，第一电流阻挡层41a、41b的厚度为400nm，第二电流阻挡层42a、42b的厚度为300nm，第三电流阻挡层的厚度为200nm。
63.沟道层50设置于电流阻挡层和电流孔径层上，沟道层选用gan沟道层，厚度在40～50nm之间；优选地，厚度为40nm。algan势垒层60设置于沟道层50上，其厚度在10～20nm之间，al的组分在20％-30％之间；优选地，其厚度为20nm，al组分为20％。
64.第一源极91和第二源极92设置于沟道层50上，位于algan势垒层60的两侧。p型gan区域和钝化层设置于势垒层60上。p型gan区域由第一掺杂浓度的p型gan帽层71和第二掺杂浓度的p型gan帽层72层叠而成，其厚度在10nm至100nm之间。在一优选实施例中，第一掺杂浓度的p型gan帽层71的厚度等于第二掺杂浓度的p型gan帽层72的厚度，为50nm。
65.p型gan帽层的掺杂浓度在1
×
10
17
cm-3
至5
×
10
17
cm-3
之间。p型gan帽层71邻接势垒层60，其掺杂浓度小于p型gan帽层72的掺杂浓度；在一优选实施例中，p型gan帽层72的掺杂浓度为5
×
10
17
cm-3
，p型gan帽层71的掺杂浓度为1
×
10
17
cm-3
。
66.p型gan区域包括并列设置的第一p型gan区域72a、第二p型gan区域72b和第三p型gan区域72c，其通过刻蚀第一掺杂浓度的p型gan帽层71和第二掺杂浓度的p型gan帽层72形成通孔而成，栅介质层层80填充于该通孔中，通孔的宽度在0.2um至1um之间；在一优选实施例中，通孔的宽度为0.5um。栅介质层的材料选用sio2、sin
x
或hfo2，优选地，选用sin
x
。
67.栅极100设置于p型gan区域和栅介质层上，栅极100和p型gan区域之间形成肖特基接触。第一源极91和栅极100以及第一p型gan区域72a之间设置有钝化层，第二源极92和栅极100以及第三p型gan区域72c之间设置有钝化层。第一源极91和第二源极92与沟道层50和势垒层60之间呈欧姆接触。漏极10设置于衬底20的背面，与衬底20之间形成欧姆接触。
68.图2是对比例的结构示意图，该对比例中，p型gan帽层由上述实施例给出的第一掺杂浓度的p型gan帽层71和第二掺杂浓度的p型gan帽层72层叠而成，为整层结构，不存在刻
蚀孔洞结构，电流阻挡层由上述实施例给出的第一电流阻挡层、第二电流阻挡层和第三电流阻挡层层叠而成，该三层电流阻挡层的宽度相同，形成的直径统一的电流孔径结构。该对比例中器件结构的其它层与上述实施例相同。
69.本发明通过引入p型gan帽层区域对algan势垒层导带抬高进而实现增强型，下面结合图3进行说明，其中，(a)图是对比例的器件在去掉p型gan帽层之后的结构，在栅极偏压为0时p型gan帽层的能带图，导带处于费米能级之下，沟道内2deg未被耗尽，此时器件仍处于开启状态；(b)图是图1所示的实施例器件，在栅极偏压为0时的能带图，导带处于费米能级之上，使得p型gan帽层下方的2deg耗尽，器件关断；(c)图是图1所示的实施例器件栅极偏压大于阈值电压的能带图，当栅极电压大于阈值电压的时候，导带被压低至费米能级之下，导电沟道恢复，器件导通。也可由阈值电压公式vth＝θb-δd/ε-δec/q-qdnd/ε进行解释，其中δec是algan/gan界面的带阶差，vth是阈值电压，引入p型gan帽层之后减小了δec的值，进而实现正的阈值电压。
70.图1中优选实施例结构和图2中对比例结构相比阈值电压相同，是由于孔洞结构的p型gan区域仍然会耗尽p型gan帽层覆盖区域的二维电子气，栅介质层下方的二维电子气被保留，形成导电通道不连续，在负压下虽然部分区域仍有高浓度的二维电子气，但整个电流沟道不导通，起到很好的电流阻断作用。同时，孔洞部分填充的栅介质层也可以分担一部分栅极电压，因此整体的阈值电压并没有有所下降。
71.图6是实施例结构、对比例和不加p型gan帽层的器件结构的转移特性曲线，可以得到本发明实施例器件的阈值电压为0.12v和对比例的器件结构阈值电压相同，相比不加p型帽层的cavet器件来说阈值电压提升了2.41v，实现了增强型。
72.竖直方向的电流阻挡层和缓冲层形成的pn耐压区域对cavet垂直型器件的耐压性能影响较大，采用阶梯凹形掺杂，可以减小与缓冲层连接区域电流阻挡层的掺杂浓度以避免发生雪崩击穿导致器件击穿电压过低，凹形结构的设计可以有选择性的对电流阻挡层进行掺杂，每个区域可以辅助pn结进行耗尽，使得器件实现更高的耐压，第三电流阻挡层具有高的掺杂浓度，以更好的发挥耐压作用，第二电流阻挡层的掺杂浓度介于第三电流阻挡层和第一电流阻挡层的掺杂浓度之间，以避免在cbl层产生不连续的电场尖峰影响器件击穿电压。第二电流阻挡层的宽度小于第一电流阻挡层和第三电流阻挡层，在一定程度上提高阈值电压的同时，提升了导通电阻。
73.下面结合图5进行说明，图5是器件沿着第一源极和栅极之间的钝化层中心cc1剖面线的电场分布图，与图2的对比结构相比较，图1的器件结构在引入了凹形电流阻挡层后，在cbl和缓冲层交界面处电场峰值更大，远离电流阻挡层部分的缓冲层区域承受更大的电场强度，使得电场分布更加均匀，充分发挥了gan材料高耐压的特性，提升了器件整体的耐压能力。且峰值最大处小于3.3mv/cm没有发生临界击穿，当下方pn结被耗尽时候，可以和上一层电流阻挡层连接耗尽，且由于第三、第二电流阻挡层有更大的掺杂浓度，可以进一步的辅助耗尽。相比于对比例的器件，该器件的电场线更加平缓，击穿电压得到了提高。图8是图1所示实施例的击穿特性曲线图，根据该击穿特性曲线可得到器件的击穿电压为1943v，相较于图2的对比结构，击穿电压提升了472v，实现了更高的击穿电压。
74.结合图7和图9所示，图1所示的实施例采用具有孔洞结构的p型gan帽层后，相比较图2中的对比结构，电子浓度由1.5
×
10
13
cm-2
提升到7.1
×
10
13
cm-2
，在不影响阈值电压的情
况下具有更高浓度的二维电子气，栅极电压在3v时饱和电流高达61ma/mm。
75.器件内部电子由源极流向漏极的过程中，整个电阻可以等效为四个电阻，如图4所示，分别是rohm(欧姆接触电阻)、r2deg(沟道电阻)、rap(电流孔径电阻)、rdrift(缓冲层电阻)。由公式rap＝t/(qμlapnapwg)可知rap(电流孔径电阻)和t(电流阻挡层的长度)呈正比，降低电流阻挡层长度可以有效降低导通电阻。根据图7的输出特性曲线可以得出，图1所示的实施例，器件的导通电阻为0.99mω
·
cm2，相比较图2中的对比结构降低了0.72mω
·
cm2，实现了更低的导通电阻。
76.下面结合图10介绍该高耐压的增强型cavet的制备方法，其包括以下步骤：
77.步骤s1：清洗gan衬底，将衬底依次置于丙酮和氢氟酸中各超声10分钟，其中丙酮清洗去除有机杂质，氢氟酸用于清洗无机杂质；然后用去离子水清洗4遍，氮气吹干，然后再用hcl:h2o2:h2o＝1:1:5的混合溶液去除自然氧化层和金属离子，并用去离子水清洗4遍，氮气吹干。
78.步骤s2：采用金属有机物化学气相沉淀(mocvd)的方法，以三甲基铝(tmal)和三甲基镓(tmga)作为ⅲ族源，氨气(nh3)作为
ⅴ
族源，氢气作为载气，在高温衬底表面发生化学反应，依次生长厚度为10um的缓冲层30和0.6um的第一gan层。
79.步骤s3：使用离子注入技术，注入离子为mg
2+
，其注入能量为10kev，注入剂量为1
×
10
17
cm-2
，注入角度为正10
°
，在gan层两侧的预定区域注入镁离子分别形成宽度为2.5um的第一电流阻挡层41a和41b，第一电流阻挡层41a和41b之间的区域为第一电流孔径层。
80.步骤s4：接着外延生长厚度为0.4μm的第二gan层，随后使用离子注入技术，注入离子为mg
2+
，其注入能量为8kev，注入剂量为2
×
10
17
cm-2
，注入角度为正10
°
，在gan层两侧的预定区域注入镁离子分别形成宽度为2um的第二电流阻挡层42a和42b，第二电流阻挡层42a和42b之间的区域为第二电流孔径层。
81.步骤s5：接着外延生长厚度为0.2μm的第三gan层，随后使用离子注入技术，注入离子为mg
2+
，其注入能量为10kev，注入剂量为3
×
10
17
cm-2
，注入角度为正10
°
，在gan层两侧的预定区域注入镁离子分别形成宽度为2.5um的第三电流阻挡层43a和43b，第三电流阻挡层43a和43b之间的区域为第三电流孔径层。
82.步骤s6：继续使用金属有机物化学气相沉淀的方法生长40nm厚的gan沟道层、20nm厚的algan势垒层50和厚度为50nm的第四gan层。
83.步骤s7：采用mg
2+
离子注入方法，使用高能离子束对第四gan层进行轰击，形成掺杂浓度为1
×
10
17
cm-2
的第一p型gan帽层。
84.步骤s8：继续外延生长厚度为50nm的第五gan层，采用mg
2+
离子注入工艺，使用高能离子束对第五gan层进行轰击，形成掺杂浓度为5
×
10
17
cm-2
的第二p型gan帽层。
85.步骤s9：在第二p型gan帽层上形成图案化的掩膜层，以掩膜层为掩模，使用离子刻蚀技术，刻蚀第一、第二p型gan帽层，形成厚度均为50nm的第一p型gan区域72a、第二p型gan区域72b和第三p型gan区域72c，刻蚀太浅或太深不利于沟道中2deg的形成。
86.步骤s10：使用等离子体增强化学气相淀积技术沉积sin
x
层，在相邻p型gan区域之间形成栅介质层，相邻p型gan区域之间栅介质层的宽度为0.5um，厚度为100nm。
87.步骤s11：采用感应耦合等离子体刻蚀(icp)刻蚀p型gan区域两侧的栅介质层，形成第一和第二源极开孔。
88.步骤s12：在源极开孔区域沉积ti/al/ni/au金属电极，在810℃的温度下，n2的环境中进行快速退火，退火时间为40秒，形成欧姆接触的源极。
89.步骤s13：在p型gan区域以及p型gan区域之间的栅介质层上沉积ni/au金属，在n2的环境中，40℃的温度下进行退火，退火时间为20min，形成肖特基接触的栅极。
90.步骤s14：在栅极和源极之间使用等离子体增强化学气相淀积(pecvd)技术淀积钝化层。
91.步骤s15：在衬底背面沉积ti/al/ni/au金属电极，在n2的环境中进行快速退火，退火温度为810℃，时间为40秒，形成欧姆接触的漏极。
92.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高耐压的增强型cavet，其特征在于，包括：衬底，具有相对设置的第一表面和第二表面；缓冲层设置于所述第一表面上；电流孔径层和对称设置于电流孔径层两侧的第一凹形电流阻挡结构和第二凹形电流阻挡结构并列设置于所述缓冲层上；沟道层设置于所述电流阻挡层和电流孔径层上；势垒层设置于所述沟道层上；第一源极和第二源极设置于所述沟道层上，位于所述势垒层的两侧；第一p型gan帽层区域、第二p型gan帽层区域、第三p型gan帽层区域设置于所述势垒层上，相邻所述p型gan帽层区域之间设置有栅介质层；栅极设置于所述gan帽层区域和所述栅介质层上；第一源极与栅极和第一p型gan帽层之间，以及第二源极与栅极和第三p型gan帽层之间还设置有钝化层；其中，所述第一凹形电流阻挡结构和所述第二凹形电流阻挡结构均由依次层叠的第一电流阻挡层、第二电流阻挡层和第三电流阻挡层组成，所述第一电流阻挡层与所述缓冲层邻接，所述第三电流阻挡层与所述沟道层邻接；沿第一源极指向第二源极的方向上，所述电流孔径层在第一电流阻挡层所在层的宽度等于其在第三电流阻挡层所在层的宽度，所述电流孔径层在第一电流阻挡层所在层的宽度小于其在第二电流阻挡层所在层的宽度。2.根据权利要求1的所述高耐压的增强型cavet，其特征在于，所述第一电流阻挡层的掺杂浓度小于第二电流阻挡层，所述第二电流阻挡层的掺杂浓度小于第三电流阻挡层，所述电流阻挡层的掺杂浓度为1
×
10
17
cm-3
～5
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10
17
cm-3
。3.根据权利要求1的所述高耐压的增强型cavet，其特征在于，所述第一电流阻挡层的厚度大于所述第二电流阻挡层的厚度，所述第二电流阻挡层的厚度大于所述第三电流阻挡层的厚度，所述电流阻挡层的厚度为200～400nm。4.根据权利要求1至3任一项的所述高耐压的增强型cavet，其特征在于，第一p型gan帽层区域、第二p型gan帽层区域和第三p型gan帽层区域均由第一掺杂浓度的p型gan帽层和第二掺杂浓度的p型gan帽层层叠而成。5.根据权利要求4的所述高耐压的增强型cavet，其特征在于，所述第一掺杂浓度的p型gan帽层和第二掺杂浓度的p型gan帽层的厚度之和为10nm～100nm之间。6.根据权利要求4的所述高耐压的增强型cavet，其特征在于，第一掺杂浓度的p型gan帽层的掺杂浓度大于第二掺杂浓度的p型gan帽层，所述p型gan帽层的掺杂浓度为1
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cm-3
～5
×
10
17
cm-3
。7.根据权利要求5或6的所述高耐压的增强型cavet，其特征在于，所述沟道层为gan沟道层，其厚度为40～50nm。8.根据权利要求5或6的所述高耐压的增强型cavet，其特征在于，所述势垒层为algan势垒层，其厚度为10～20nm，al组分为20％～30％之间。9.一种高耐压的增强型cavet的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在衬底上依次外延生长缓冲层和第一gan层；在第一gan层的预定区域离子注入形成第一掺杂浓度的第一电流阻挡层，该预定区域
以外的区域为第一电流孔径层；在第一gan层上外延生长第二gan层，在第二gan层的预定区域离子注入形成第二掺杂浓度的第二电流阻挡层，该预定区域以外的区域为第二电流孔径层，所述第二电流孔径层的宽度大于所述第一电流孔径层的宽度；在第二gan层上外延生长第三gan层，在第三gan层的预定区域离子注入形成第三掺杂浓度的第三电流阻挡层，该预定区域以外的区域为第三电流孔径层，所述第三电流孔径层的宽度等于所述第一电流孔径层的宽度；在第三gan层上外延生长沟道层和势垒层；在势垒层上外延生长第四gan层，对该第四gan层离子注入形成第一掺杂浓度的p型gan帽层；在第一掺杂浓度的p型gan帽层上外延生长第五gan层，对该第五gan层离子注入形成第二掺杂浓度的p型gan帽层；刻蚀所述第二掺杂浓度的p型gan帽层，形成贯穿所述第二掺杂浓度的p型gan帽层和第一掺杂浓度的p型gan帽层的孔洞，所述孔洞将所述p型gan帽层分为第一p型gan帽层区域、第二p型gan帽层区域和第三p型gan帽层区域；在孔洞区域沉积栅介质层；刻蚀所述势垒层的两侧区域，形成第一源极开孔和第二源极开孔；在所述第一源极开孔和第二源极开孔中沉积金属，高温退火后形成欧姆接触的第一源极和第二源极；在所述gan帽层区域及该帽层区域之间的栅介质层上沉积金属，低温退火后形成肖特基接触的栅极；在栅极和源极之间沉积钝化层；在所述衬底的背面沉积金属，高温退火后形成欧姆接触的漏极。10.根据权利要求9的所述制备方法，其特征在于，所述第一电流阻挡层的掺杂浓度小于第二电流阻挡层，所述第二电流阻挡层的掺杂浓度小于第三电流阻挡层，所述电流阻挡层的掺杂浓度为1
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10
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。

技术总结
本发明涉及一种高耐压的增强型CAVET及其制备方法，包括设置于衬底上的缓冲层，设置于缓冲层上的电流孔径层和对称设置于电流孔径层两侧的第一凹形电流阻挡结构和第二凹形电流阻挡结构，位于电流孔径层和凹形电流阻挡结构上的沟道层和势垒层，势垒层上设置有具有通孔的双层p型GaN帽层，通孔中设置有钝化层，第一源极和第二源极设置于势垒层的两端，p型GaN帽层和钝化层上设置有栅极，栅极与源极之间设置有钝化层，衬底的背面设置有漏极，该器件具有高击穿电压、低导通电阻和较高的阈值电压，制备方法简单、易操作。易操作。易操作。


技术研发人员：尹以安 邹炳志 张志翔
受保护的技术使用者：华南师范大学
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/10/8