[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

在審

• 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

本發明公開了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其制作方法，所述結構包括襯底、GaN或AlN緩沖層、GaN溝道層、AlGaN層插入層、GaN插入層、AlN插入層、AlGaN插入層、掩膜介質層、絕緣柵介質層以及源漏歐姆接觸和柵金屬。在襯底上外延生長AlGaN/AlN/GaN/AlGaN/GaN異質結材料，并在該結構上形成源極和漏極。本發明在AlGaN勢壘層中插入一組AlN/GaN，插入的GaN層作為熱氧化、濕法腐蝕的停止層，在柵極下方保留了完整的AlGaN/GaN異質結構，避免了腐蝕和淀積介質層對溝道的損傷，降低了導通電阻，同時可以精確控制柵極下方勢壘層的厚度，可以提高工藝的準確性、可控性、一致性，有利于產業化大規模制備。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，涉及GaN電力電子器件制作

背景技術

近年來，氮化鎵材料由于禁帶寬度大、擊穿電場強、飽和速度大而引起了廣泛關注。AlGaN/GaN異質結強極化效應形成高濃度的二維電子氣在高速、高功率及耐壓電子器件領域扮演著重要的角色。GaN材料優越的性能使其在射頻微波和電力電子領域有著廣闊的應用前景。

GaN器件主要以GaN異質結HEMT為主，在常規的AlGaN/GaN異質結中，由于自發極化效應和壓電極化效應，在異質結界面存在高濃度的二維電子氣，即常規的AlGaN/GaN HEMT器件表現為耗盡型器件。但出于系統安全性和簡潔性的考慮，在很多實際電路的應用中需要增強型器件。

目前比較常用來實現增強型GaN MOS的方法是柵移除技術和氟離子注入技術，柵移除技術又包括干法刻蝕和濕法腐蝕兩種。其中干法刻蝕的柵移除方法和氟離子注入的方法，對GaN MOS溝道表面都有很大的損傷；而濕法腐蝕的柵移除技術雖然無等離子損傷，但由于一次性全部移除AlGaN勢壘層，淀積柵介質層對溝道的損傷不可避免，得到的MOS溝道的遷移率遠低于異質結界面的遷移率，因此制備出的增強型器件的導通電阻大、輸出電流密度較低。

為了提高GaN增強型溝道電子遷移率，需要改善表面形貌，減少界面散射。目前解決這一問題有如下改善方案：1.調節工藝參數使得對溝道的損傷盡可能?。?.從能帶工程的角度利用背勢壘結構使得溝道電子遠離介質層和GaN界面，從而減小界面對溝道電子的散射，提高增強型溝道電子遷移率，進而提升器件的飽和電流，獲得高性能、高穩定的GaN增強型器件。

發明內容

本發明為了更好地解決GaN增強型溝道遷移率低這一問題，利用濕法腐蝕自停止的特點，在AlGaN勢壘層中插入一組AlN/GaN，插入的GaN層作為熱氧化、濕法腐蝕的停止層，在柵極下方保留了完整的AlGaN/GaN異質結構，降低了導通電阻，同時可以精確控制柵極下方勢壘層的厚度，獲得性能優越、穩定性高的GaN增強型器件。

本發明的技術思路如下：基于柵移除技術的傳統AlGaN/GaN增強型器件結構中，柵介質層與GaN層直接接觸形成MOS溝道。一方面，絕緣柵介質層和GaN溝道層的距離很近，導致溝道電子受到來自界面的強散射作用，遷移率降低；另一方面，介質層直接淀積在GaN溝道上，對GaN溝道的損傷不可避免。在傳統的增強型AlGaN/GaN器件結構的基礎上中，在AlGaN勢壘層中插入一組AlN/GaN，使用高溫熱氧化方法，使得氧化自動停止在插入的GaN層，消除了工藝過程中對溝道的損傷，保留了完整的AlGaN/GaN異質結，柵介質層與GaN溝道實現分離，有效抑制了界面的強散射作用，提高了增強型溝道電子的遷移率。