[實用新型]一種氮化鎵電子器件的復合介質結構

有效

• 申請號: 201921327428.1
• 申請日: 2019-08-15
• 公開（公告）號: CN210467851U
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 劉新宇;王成森;殷海波;黃森;王鑫華;魏珂;黃健;張超;吳耀輝
• 申請（專利權）人: 捷捷半導體有限公司;中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 方丁一

一種氮化鎵電子器件的復合介質結構，包括：低界面態介質插入層(1)和高擊穿電場介質層(2)，低界面態介質插入層(1)，生長在氮化鎵電子器件上，高擊穿電場介質層(2)，生長在低界面態介質插入層(1)上。本公開可有效解決氮化鎵電子器件表面界面缺陷的問題。

技術領域

本公開涉及半導體器件技術領域，尤其涉及一種氮化鎵電子器件的復合介質結構。

背景技術

氮化鎵(簡稱GaN)基金屬-絕緣體-半導體高電子遷移率晶體管 (簡稱MIS/MOS-HEMT)具有輸出功率密度大、高頻高壓、耐高溫、抗輻射等優異特性，在GaN基電力電子器件與微波器件等應用領域具備很大應用潛力。

然而，GaN材料的表面界面問題是從研究初期到現在一直未能系統性解決的難點，從目前界面態研究的主流水平情況來看，SiN_X、SiO₂、 Al₂O₃等介質與(Al)GaN之間的界面態密度仍處于10¹²-10¹³cm^-2量級，未達到硅工藝界面態水平。若電力電子器件采用界面態密度為10¹²cm^-2量級的柵介質工藝，其閾值電壓將產生2V以上的漂移隱患，大大提高了器件實用化的難度和可靠性風險；若微波器件采用界面態密度為 10¹²cm^-2量級(與二維電子氣6密度相當)的表面鈍化工藝，則由表面缺陷引起的電流崩塌在高場下難以有效抑制，特別是毫米波器件更加明顯，造成動態負載線嚴重壓縮，惡化器件功率和PAE。所以，界面態問題若不能盡快地有效解決，將成為制約電力電子器件與微波器件性能和可靠性進一步提升的瓶頸，影響整個氮化鎵實用化進程。

實用新型內容

本實用新型提供了一種氮化鎵電子器件的復合介質結構，以解決目前介質與III族氮化物之間高密度界面態和表面介質缺陷態以及增強型器件閾值不穩定的問題。

本公開的一個方面提供了一種氮化鎵電子器件的復合介質結構，包括：低界面態介質插入層(1)和高擊穿電場介質層(2)；低界面態介質插入層(1)，生長在氮化鎵電子器件上；高擊穿電場介質層(2)，生長在所述低界面態介質插入層(1)上。

可選地，所述低界面態介質插入層(1)的厚度為0.2nm～5nm。

可選地，所述高擊穿電場介質層(2)的厚度為5nm～30nm。

可選地，所述低界面態介質插入層(1)的材料包括氮化鋁、氮氧化鋁、氮化硅化合物、氧化鎵化合物或組合中的任意一種。

可選地，所述高擊穿電場介質層(2)的材料包括氮化硅化合物、二氧化硅、氮氧化硅化合物、三氧化二鋁、氧化鎳或組合中的任意一種。

可選地，所述氮化鎵電子器件包括襯底(3)、III族氮化物層級結構、源極(9)和漏極(10)，所述III族氮化物層級結構從下到上依次包括氮化鎵緩沖層(4)、氮化鎵溝道層(5)、二維電子氣層(6)、氮化鋁插入層(7)和氮鎵鋁勢壘層(8)，源極(9)和漏極(10)設在氮鎵鋁勢壘層(8)表面的兩端。

在本公開實施例采用的上述至少一個技術方案能夠達到以下有益效果：

在氮化鎵電子器件的表面生長較薄的低界面態介質插入層1和較厚的高擊穿電場介質層2，構成的復合介質結構，不僅降低了高擊穿電場介質層2與氮化鎵電子器件上的III族氮化物間的界面態密度，而且可以有效阻止界面電子注入到高擊穿電場介質層2中，使復合介質結構作為柵介質可以調控GaN基增強型MIS/MOS-HEMT閾值電壓，提高閾值電壓的穩定性和可靠性，作為鈍化介質可以減少界面漏電。

附圖說明

為了更完整地理解本公開及其優勢，現在將參考結合附圖的以下描述，其中：