本發(fā)明屬于半導(dǎo)體，具體涉及一種氮化鎵器件及其制備方法、模組、設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、隨著半導(dǎo)體技術(shù)的日益進步與發(fā)展，基于第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵的高電子遷移率晶體管(high?electron?mobility?transistor，hemt)被廣泛應(yīng)用于制備功率、射頻器件與其對應(yīng)的模組，其中hemt器件的性能即會決定模組與設(shè)備的表現(xiàn)。algan/gan異質(zhì)結(jié)hemt器件具有諸多優(yōu)勢，它充分利用氮化物極化特性形成的二維電子氣避免了諸多散射機制，正是因為其二維電子氣所形成的溝道，常見的氮化鎵器件是耗盡型，溝道在沒有偏置的情況下保存開啟。耗盡型器件需要用負柵壓才能將其關(guān)斷，這會增加外圍電路設(shè)計難度，降低集成度與能效的同時制約其在模組和設(shè)備中應(yīng)用。而增強型器件憑借其正的柵極閾值電壓特性，能夠顯著簡化驅(qū)動電路設(shè)計難度，實現(xiàn)與cmos電平兼容的驅(qū)動方案，無需負壓驅(qū)動。這一特性結(jié)合其低導(dǎo)通電阻、高頻開關(guān)能力和優(yōu)異的熱特性，使得基于增強型gan?hemt的電源、通信模組與設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)更高的功率密度和系統(tǒng)效率。

2、當(dāng)前實現(xiàn)氮化鎵增強型器件的方案有氟離子注入、凹槽柵mis結(jié)構(gòu)、共源共柵結(jié)構(gòu)、p-gan柵極結(jié)構(gòu)等方法，它們各有優(yōu)缺點。f離子注入器件雖然簡單，但它的工藝重復(fù)性較差，長時間、高溫使用后會出現(xiàn)閾值電壓負向移動，這會嚴重影響器件的可靠性，完全不適合商業(yè)化使用。凹槽柵mis結(jié)構(gòu)缺點明顯，包括刻蝕速率難以精確控制，這會影響工藝的重復(fù)性，嚴重情況下會刻蝕到溝道從而損壞器件；刻蝕后的表面粗糙度較高，這會直接影響器件的性能，影響后續(xù)工藝進行并且會增加?xùn)怕╇娏?。共源共柵結(jié)構(gòu)的器件需要考慮si基mosfet與gan?hemt工藝兼容問題，且成本偏高；此外共源共柵結(jié)構(gòu)封裝難度較高，散熱困難，功耗較高能效較低。p-gan柵極由于引入mg摻雜的gan，這會使柵極對溝道的控制能力降低，從而使得器件的頻率特性變差。另外，使用凹槽柵結(jié)構(gòu)的hemt設(shè)計出的模組及設(shè)備不能適應(yīng)功率應(yīng)用領(lǐng)域，共源共柵結(jié)構(gòu)設(shè)計出的模組和設(shè)備需要優(yōu)化散熱設(shè)計并且價格高昂，使用p-gan柵結(jié)構(gòu)的hemt器件設(shè)計出模組與設(shè)備在頻率領(lǐng)域的應(yīng)用嚴重受限。

3、因此，目前實現(xiàn)氮化鎵增強型器件的方案存在器件可靠性和穩(wěn)定性差、柵漏電流較大、柵控能力低導(dǎo)致器件頻率特性變差等缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種氮化鎵器件及其制備方法、模組、設(shè)備。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

2、本發(fā)明實施例提供了一種氮化鎵器件，包括：襯底、緩沖層、溝道層、勢壘層、p型層、柵極、源極和漏極，其中，

3、所述襯底、所述緩沖層、所述溝道層、所述勢壘層自下至上依次層疊；

4、所述p型層位于所述勢壘層上；

5、所述柵極覆蓋所述p型層的上表面和所述p型層的至少一個側(cè)面，且與所述勢壘層相接觸，所述柵極與所述p型層形成柵帽結(jié)構(gòu)；

6、所述源極和所述漏極位于所述勢壘層上，且分布在所述柵帽結(jié)構(gòu)的兩側(cè)。

7、在本發(fā)明的一個實施例中，所述柵極包括全包覆結(jié)構(gòu)，所述全包覆結(jié)構(gòu)覆蓋所述p型層的上表面和所述p型層的兩個側(cè)面；

8、所述全包覆結(jié)構(gòu)與所述勢壘層之間形成肖特基接觸，且與所述p型層之間的至少部分接觸面形成肖特基接觸。

9、在本發(fā)明的一個實施例中，所述全包覆結(jié)構(gòu)為肖特基柵極金屬，所述肖特基柵極金屬與所述勢壘層、所述p型層之間均形成肖特基接觸。

10、在本發(fā)明的一個實施例中，所述全包覆結(jié)構(gòu)包括歐姆柵極金屬和肖特基柵極金屬，其中，

11、所述歐姆柵極金屬位于所述p型層的上表面；

12、所述肖特基柵極金屬從所述歐姆柵極金屬的兩側(cè)分別延伸至所述p型層的第一側(cè)面和第二側(cè)面，直至與所述勢壘層接觸，其中，所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面相對。

13、在本發(fā)明的一個實施例中，沿所述p型層的延伸方向，所述歐姆柵極金屬的形狀包括直線形、s型或z型；

14、所述歐姆柵極金屬與所述p型層的接觸面積占所述全包覆結(jié)構(gòu)與所述p型層總接觸面積的0％-20％。

15、在本發(fā)明的一個實施例中，所述柵極包括半包覆結(jié)構(gòu)，所述半包覆結(jié)構(gòu)覆蓋所述p型層的上表面和所述p型層的第一側(cè)面，或者，覆蓋所述p型層的上表面和所述p型層的第二側(cè)面；

16、所述半包覆結(jié)構(gòu)為肖特基柵極金屬或者歐姆柵極金屬。

17、在本發(fā)明的一個實施例中，所述氮化鎵器件為矩形器件；

18、所述襯底的材料包括硅、碳化硅、藍寶石、金剛石、氮化鋁中的一種或多種；

19、所述緩沖層的材料包括gan、algan中的一種或多種，厚度為200nm-8000nm；

20、所述溝道層的材料包括gan，厚度為50nm-800nm；

21、所述勢壘層的材料包括aln、algan、alscn中的一種或多種，厚度為2nm-10nm；

22、所述p型層的材料包括p-gan，摻雜元素包括mg，摻雜濃度為1017-1019cm3，厚度為20nm-100nm；

23、所述柵極的寬度為50nm-500nm；覆蓋在所述p型層的側(cè)面的柵極的寬度為0nm-200nm；

24、所述源極與所述漏極的材料包括金、鈦、鎳、鋁中的一種或多種。

25、本發(fā)明的另一個實施例提供了一種氮化鎵器件的制備方法，包括步驟：

26、提供外延片，其中，所述外延片包括自下至上依次層疊的襯底、緩沖層、溝道層和勢壘層；

27、在所述勢壘層上外延生長p型材料，并刻蝕掉非柵極區(qū)域的p型材料，形成p型層；

28、在所述勢壘層上沉積源極金屬和漏極金屬，并進行快速熱退火，形成源極和漏極，其中，所述源極和所述漏極分布在所述p型層的兩側(cè)；

29、在所述p型層的上表面和所述p型層的至少一個側(cè)面制備柵極，使得所述p型層側(cè)面的柵極部分與所述勢壘層相接觸。

30、本發(fā)明的再一個實施例提供了一種模組，包括上述實施例所述的氮化鎵器件，所述模組包括功率模組、射頻模組、集成射頻前端模組。

31、本發(fā)明的又一個實施例提供了一種設(shè)備，包括上述實施例所述的模組。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

33、1、本發(fā)明的氮化鎵器件通過柵極與p型層形成柵帽結(jié)構(gòu)，柵帽結(jié)構(gòu)使得電子器件實現(xiàn)了正的柵控制電壓，從耗盡型變成了增強型，有效地解決了凹槽柵hemt器件漏電流過大可能影響器件可靠性和穩(wěn)定性的問題，同時增強了器件的電學(xué)和熱學(xué)穩(wěn)定性，并簡化了集成電路設(shè)計，有助于降低外圍電路的設(shè)計難度；

34、2、本發(fā)明的氮化鎵器件中，柵極覆蓋p型層的上表面和p型層的至少一個側(cè)面，形成包覆柵的結(jié)構(gòu)，可以解決p-gan柵極存在的柵控能力較差的問題，提高器件的頻率特性，同時顯著地降低器件的關(guān)態(tài)漏電流，從而提高器件的電學(xué)與熱學(xué)穩(wěn)定性，可以更好地應(yīng)對長時間的應(yīng)用；

35、3、本發(fā)明的氮化鎵器件中，勢壘層的厚度為2nm-10nm，超薄勢壘層能夠在保證高電流密度的前提下，降低導(dǎo)通電阻，顯著提升器件的跨導(dǎo)特性和小信號性能，同時改善射頻器件的高頻響應(yīng)，有利于實現(xiàn)射頻器件的集成化；

36、4、本發(fā)明的制備方法中在器件表面直接制備柵極，簡化了生產(chǎn)流程，避免采用刻蝕工藝形成凹槽柵，從而避免刻蝕工藝帶來的損傷與表面粗糙度，降低了器件的漏電流，增強了器件的熱學(xué)和電學(xué)穩(wěn)定性，并延長了器件的使用壽命。