[實用新型]一種GaN/AlGaN柵槽結構

有效

• 申請號: 201720900135.2
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN207425861U
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 李俊燾;周陽;代剛
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/423;H01L21/28
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蔣斯琪

本實用新型公開了一種GaN/AlGaN柵槽結構，其特征在于包括：一半導體襯底、半導體襯底上的GaN/AlGaN多層外延材料層和GaN/AlGaN多層外延材料層表面上的刻蝕阻擋層；所述刻蝕阻擋層和GaN/AlGaN多層外延材料層上圖形化刻蝕有柵槽結構；該柵槽結構具有清潔、平整、低損傷的GaN/AlGaN結構圖形，特別適用于HEMT器件，可以有效提高HEMT器件電性和良率。

技術領域

本實用新型涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種GaN/AlGaN柵槽結構。

背景技術

GaN材料具有禁帶寬度寬、高電子遷移率、擊穿電場高、輸出功率大且耐高溫的特點，基于GaN材料的AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）可以工作在高壓下，導通電阻小，在最近十幾年成為了微波功率器件及電路領域的研究熱點。

常規工藝制作的AlGaN/GaN HEMT均為耗盡型（閾值電壓Vth＜0V）。因為要使用負的開啟電壓，耗盡型HEMT比增強型（Vth＞0V）HEMT電路設計要復雜得多，這增加了HEMT電路的成本。目前，主要解決AlGaN/GaN HEMT的閾值電壓小于零的方法是采用刻蝕凹柵，刻蝕凹柵能降低柵極到溝道的距離從而提高柵極對于溝道的控制，能夠有效提高器件的閾值電壓。同時，凹柵刻蝕能夠提高器件跨導，提高AlGaN/GaN的高頻性能，減少由于柵長減短而引起的短溝道效應。

現有凹柵型AlGaN/GaN HEMT器件的刻蝕工藝均存在等離子體對界面的損傷，在等離子刻蝕工藝中，采用Cl2/Ar氣體刻蝕的技術比較成熟，主要應用在臺面刻蝕，其刻蝕損傷限制了其在凹柵刻蝕時的應用。

部分學者提出采用Cl2/Ar/C2H4混合氣體刻蝕，通過引入小流量具有鈍化緩沖作用的C2H4降低離子物理轟擊作用，從而達到減小凹柵刻蝕表面粗糙度并降低刻蝕損傷的作用；也有部分學者提出采用BCl3/Cl2/Ar或在Cl2/Ar刻蝕后采用N2等離子體處理的方式修復由等離子體刻蝕帶來的元素失配；減少對其氯氣或碳的氟化物通常作為主刻蝕氣體。

然而通過俄歇電子能譜及X射線吸收譜等發現在純Ar等離子體刻蝕條件下即會產生GaN的N元素被選擇性刻蝕，從而形成Ga面形成懸掛鍵，當暴露在空氣環境中時表面極易形成氧化形成Ga-O鍵。因此Ⅲ-Ⅴ族化合物的刻蝕損傷主要源自于等離子體對于材料表面的物理轟擊。所以，急需研究出一種低損傷凹柵結構，以避免因柵槽刻蝕工藝導致的HEMT器件電性和良率降低的問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種GaN/AlGaN柵槽結構，該柵槽結構特別適用于HEMT器件，可以有效提高HEMT器件電性和良率。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種GaN/AlGaN柵槽結構，該結構包括：一半導體襯底、半導體襯底上的GaN/AlGaN多層外延材料層和GaN/AlGaN多層外延材料層表面上的刻蝕阻擋層；所述刻蝕阻擋層和GaN/AlGaN多層外延材料層上圖形化刻蝕有柵槽結構。

在上述結構中：

所述GaN/AlGaN多層外延材料層的緩沖層可以是未摻雜GaN，也可以是輕摻雜GaN。

所述GaN/AlGaN多層外延材料層的多層外延層和帽層是多層不同性質的AlGaN層。

在本發明實施過程中，形成柵槽結構的方法步驟如下：

（1）在一半導體襯底上生長形成GaN/AlGaN多層外延材料層，所述GaN/AlGaN多層外延材料層包括緩沖層、位于緩沖層表面上的多層外延層、位于多層外延多層表面上的帽層，然后在GaN/AlGaN多層外延材料層的帽層表面上覆蓋一層刻蝕阻擋層；