[發明專利]一種利用新型勢壘層提高GaN增強型溝道遷移率的器件結構及實現方法

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• 申請號: 201710196720.3
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN108666359A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 王茂俊;沈波;陶明;劉少飛;郝一龍
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/786;H01L21/336
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 蘇愛華

1.一種利用新型勢壘層提高GaN增強型溝道遷移率的器件結構及實現方法，其特征在于：所述結構包括：襯底、GaN或AlN緩沖層、本征GaN溝道層、本征AlGaN插入層、本征GaN插入層、本征AlN插入層、本征AlGaN勢壘層、掩膜介質層、絕緣絕緣柵介質層和柵金屬；所述AlN/GaN組位于兩層AlGaN之間；在襯底上外延生長AlGaN/GaN/AlN/AlGaN/GaN異質結材料，在晶元表面定義柵極區域，柵極區域下方AlGaN/AlN層被刻蝕掉，并在該結構上形成源極和漏極以形成GaN增強型器件。

2.根據權利要求1所述的利用新型勢壘層提高GaN增強型溝道遷移率的器件結構及實現方法，其特征在于：其中的襯底材料為Si、SiC、藍寶石。

3.根據權利要求1所述的利用新型勢壘層提高GaN增強型溝道遷移率的器件結構及實現方法，其特征在于：AlGaN插入層的厚度在1和5nm之間。

4.根據權利要求1所述的利用新型勢壘層提高GaN增強型溝道遷移率的器件結構及實現方法，其特征在于：GaN插入層的厚度在1和3nm之間。

5.根據權利要求1所述的利用新型勢壘層提高GaN增強型溝道遷移率的器件結構及實現方法，其特征在于：AlN插入層的厚度在1和3nm之間。

6.根據權利要求1所述的利用新型勢壘層提高GaN增強型溝道遷移率的器件結構及實現方法，其特征在于：掩膜介質層的材料可以為：SiO₂、Al₂O₃、HfO₂、MgO。。

7.根據權利要求1所述的利用新型勢壘層提高GaN增強型溝道遷移率的器件結構及實現方法，其特征在于：絕緣柵介質層的材料為以下材料中的任意一種：Si₃N₄、Al₂O₃、AlN、HfO₂、SiO₂、HfTiO、Sc₂O₃、Ga₂O₃、MgO、SiNO。

8.根據權利要求1所述的利用新型勢壘層提高GaN增強型溝道遷移率的器件結構及實現方法，其特征在于：源極和漏極材料為：鈦、鋁、鎳、金、鉑、銥、鉬、鉭、鈮、鈷、鋯、鎢等中的一種或多種的合金。

9.根據權利要求1所述的利用新型勢壘層提高GaN增強型溝道遷移率的器件結構及實現方法，其特征在于：柵極金屬為以下導電材料的一種或多種的組合：鉑、銥、鎳、金、鉬、鈀、硒、鈹、TiN、多晶硅、ITO。

10.根據權利要求1所述的利用新型勢壘層提高GaN增強型溝道遷移率的器件結構及實現方法，其特征在于：柵極區域下面的掩膜介質層可以通過ICP或者RIE干法刻蝕實現。

11.根據權利要求1所述的利用新型勢壘層提高GaN增強型溝道遷移率的器件結構及實現方法，其特征在于：柵極區域下的AlGaN/AlN層可以通過濕法腐蝕、以及干法刻蝕和濕法腐蝕結合的方法實現。

12.根據權利要求11所述的利用新型勢壘層提高GaN增強型溝道遷移率的器件結構及實現方法，濕法腐蝕的方法可以為：先用氧等離子體、臭氧、雙氧水或其他具有強氧化性的媒介氧化AlGaN/AlN，再用鹽酸腐蝕掉氧化物。

13.根據權利要求11所述的利用新型勢壘層提高GaN增強型溝道遷移率的器件結構及實現方法，濕法腐蝕的方法可以為：先高溫氧化AlGaN/AlN，再用熱KOH溶液腐蝕掉氧化物。

14.根據權利要求11所述的利用新型勢壘層提高GaN增強型溝道遷移率的器件結構及實現方法，干法刻蝕和濕法腐蝕結合的方法可以為：先用ICP刻蝕一部分AlGaN，再用濕法腐蝕去除殘留的AlGaN/AlN。