[發明專利]GaN基常關型高電子遷移率晶體管及制備方法

在審

• 申請號: 202010061986.9
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111243954A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 姬小利;魏同波;王軍喜;李晉閩;楊富華
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L29/778;H01L29/06;H01L29/10;H01L29/04
• 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GaN基常關型高電子遷移率晶體管及其制備方法，方法包括：S1，在襯底(10)上依次制備成核層(11)、緩沖層(12)和第一高阻GaN層(13)；S2，在第一高阻GaN層(13)上制備圖形化介質層(20)；S3，基于圖形化介質層(20)，橫向外延生長脊形GaN層(30)，然后去除圖形化介質層(20)，形成脊形GaN模板，其中，脊形GaN層(30)的側壁為晶面或晶面；S4，基于脊形GaN模板，依次外延生長脊形溝道層(31)及脊形勢壘層(32)，其中，脊形溝道層(31)和脊形勢壘層(32)的側壁的厚度均小于平臺的厚度。該方法制備的晶體管，在溝道區域不存在刻蝕損耗及注入損傷，能有效避免刻蝕損傷對器件性能的影響，具有高的閾值電壓，高的飽和電流和低的開態電阻。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種GaN基常關型高電子遷移率晶體管及制備方法。

背景技術

氮化鎵(GaN)材料具有寬的禁帶寬度和高的擊穿場強等材料性能優勢，而且其獨特的強極化效應可以形成高密度二維電子氣(2DEG)，這些特性使得GaN非常適合于制備功率開關器件。GaN基功率開關器件兼具大功率、高擊穿電壓、高頻、耐高溫、抗輻射等諸多優點，在電力電子、無線基站、雷達、通訊等領域具有很好的應用前景。

通常基于AlGaN/GaN結構的高電子遷移率晶體管由于界面極化電荷誘導的2DEG的存在而處于常開狀態，即所謂常開型器件。。

為了失效安全和降低電路復雜性起見，功率開關通常應該置于常關狀態，因此，許多研究人員致力于研制常關型(亦稱作增強型)器件。目前報道的GaN基增強型器件主要有氟離子注入、凹槽柵、薄勢壘、pn結柵等方案。各種方法各有優缺點，例如，氟離子處理難免注入損傷，凹槽柵難以避免刻蝕損傷，薄勢壘閾值電壓較低且源漏區域的2DEG不足影響器件飽和電流和開態電阻，pn結柵受限于p-GaN的空穴濃度不足而閾值電壓不夠高。也有研究組曾報道過槽形或斜面溝道器件，其槽形或斜面溝道是通過刻蝕后再外延所形成，但刻蝕工藝難免一定的損傷，對器件性能有較大的影響。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對于現有的技術問題，本發明提出一種GaN基常關型高電子遷移率晶體管及制備方法，用于至少部分解決上述技術問題之一。

(二)技術方案

本發明一方面提供一種GaN基常關型高電子遷移率晶體管的制備方法，包括：S1，在襯底10上依次制備成核層11、緩沖層12和第一高阻GaN層13；S2，在第一高阻GaN層13上制備圖形化介質層20；S3，基于圖形化介質層20，橫向外延生長脊形GaN層30，然后去除圖形化介質層20，形成脊形GaN模板，其中，脊形GaN層30的側壁為晶面或晶面；S4，基于脊形GaN模板，依次外延生長脊形溝道層31及脊形勢壘層32；S5，在脊形勢壘層32上制備脊形介質層40，在脊形勢壘層32平臺上制備源電極50及漏電極51，在脊形介質層40的側壁制備柵電極60；其中，脊形溝道層31和脊形勢壘層32側壁的厚度均小于各自對應的脊形平臺的厚度。

可選地，在襯底10上依次制備成核層11、緩沖層12和第一高阻GaN層13，包括：制備C摻雜的或Fe摻雜的第一高阻GaN層13，或者制備包含Al(Ga)N插入層的第一高阻GaN層13，或者制備包含p-(Al)GaN插入層的所述第一高阻GaN層13。

可選地，制備方法還包括：在脊形溝道層31與脊形勢壘層32之間制備A1N插入層33；在脊形勢壘層32與脊形介質層40之間制備u-GaN帽層34。

可選地，制備方法還包括：在脊形GaN模板上外延生長脊形溝道層31之前，先外延第二高阻GaN層301。

可選地，橫向外延生長脊形GaN層30，包括：橫向外延生長三角柱或梯形柱的脊形GaN層30，其中，三角柱的脊形GaN層30的兩個側壁的長度之和為0.2-10μm，兩個脊形平臺的長度均為5-500μm。