[發明專利]一種利用極化摻雜制備增強型GaN基晶體管的方法

有效

• 申請號: 201711137450.5
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN108010843B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 房育濤;葉念慈
• 申請（專利權）人: 廈門市三安集成電路有限公司
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L29/778;H01L29/20;H01L29/205
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;陳淑嫻

本發明公開了一種通過極化摻雜的方法制備增強型GaN基晶體管的方法。利用AlN和GaN的自發極化強度之間存在較大的差別，可以通過組分漸變的Al_xGa_1?xN實現極化摻雜獲得P型Al_xGa_1?xN層。在GaN基材料外延生長Al組分逐漸減小的P?型Al_xGa_1?xN層，然后在P?型Al_xGa_1?xN層上生長Al_xGa_1?xN層，Al_xGa_1?xN層為Al組分x從0％?10％增加到15％?35％的組分漸變層或x為15％?35％的組分固定層，再制作與Al_xGa_1?xN層形成歐姆接觸的源、漏極以及與P?型Al_xGa_1?xN層形成肖特基接觸的柵極。通過改變P?型Al_xGa_1?xN的組分厚度可以調節器件開啟電壓，通過改變Al_xGa_1?xN層的厚度和組分可以調節導通電阻，從而獲得低導通電阻高開啟電壓的增強型GaN基晶體管。制作方法簡單，無特殊工藝要求，可控性強。

技術領域

本發明涉及半導體材料生長和半導體器件制作，特別是涉及一種利用極化摻雜制備增強型GaN基晶體管的方法。

背景技術

氮化鎵基高電子遷移率晶體管(HEMT)是由Al_xGa_1-xN勢壘和GaN溝道層形成的異質結場效應晶體管，由于Al_xGa_1-xN勢壘和GaN溝道層界面有著較大的自發極化和壓電極化不連續性，因此在異質結界面存在大量的剩余極化電荷從而在界面形成高濃度的二維電子氣。Al_xGa_1-xN勢壘層的組分，厚度以及晶體質量都是影響氮化鎵基晶體管的關鍵外延參數。GaN基HEMT具有二維電子氣(2DEG)濃度高，遷移率高，擊穿電場強等優點被廣泛用于高頻和高壓微波器件。

由于GaN基HEMT的2DEG來自于極化電荷不連續性，因此在勢壘沒有摻雜和偏壓的情況下，GaN溝道層中仍存在高濃度的二維電子氣，所以通常情況下氮化鎵基HEMT是常開型器件。在電力電子電路中最常用到的晶體管是常關型晶體管，因此需要制作常關型GaN基晶體管。通常實現常關型GaN基晶體管的方法有兩大類：一種是將常開型GaN基晶體管與一個硅基常關晶體管組合封裝實現常關晶體管的功能；另一種是直接通過刻蝕勢壘，勢壘注入負離子或者在勢壘上生長P-GaN層耗盡導電溝道的二維電子氣，從而直接制作出常關型GaN基晶體管。第一種方法由于在電路中串聯了一個硅晶體管限制了氮化鎵基晶體管具有的耐高溫，開關速度快等優點的發揮。第二種方法直接制作增強型GaN基晶體管可以有效發揮GaN基晶體管的耐高溫，導通電阻小，開關頻率快等優點，但是其器件制作難度大，開啟電壓的穩定性和可靠性與器件制作工藝以及外延結構密切相關。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足，提供一種利用包含極化摻雜獲得P-型Al_xGa_1-xN勢壘的復合勢壘外延結構及增強型GaN基晶體管的制備方法，通過采用極化摻雜漸變組分的P-Al_xGa_1-xN層和Al_xGa_1-xN層構成的復合勢壘層，不僅可以獲得高的導通電阻同時可以獲得較大的開啟電壓。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種利用極化摻雜制備增強型GaN基晶體管的方法，所述方法包括以下步驟：

(1)于一襯底上依次生長緩沖層和溝道層；