[發(fā)明專利]一種GaN基高空穴遷移率晶體管及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010615488.4
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111900203B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王登貴;周建軍;孔岑;張凱;戚永樂
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06;H01L29/51;H01L21/335
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明公開了一種GaN基高空穴遷移率晶體管及其制備方法，其結(jié)構(gòu)包含襯底、緩沖層、勢壘層、溝道層、插入層、p?GaN層、源極、漏極、柵極以及鈍化介質(zhì)層。本發(fā)明通過引入含Al組分插入層，一方面可提升p?GaN層與溝道層間的刻蝕選擇比，增加刻蝕工藝的可控性與均勻性；另一方面，可降低高溫工藝過程中p?GaN層Mg原子擴散對溝道層的影響；另外，原位外延生長的插入層可充當(dāng)柵絕緣介質(zhì)層，形成良好的MIS界面，減小柵極泄漏電流，提升器件柵極擊穿能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種GaN基高空穴遷移率晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)

第三代半導(dǎo)體GaN材料具有寬帶隙、高擊穿場強、高飽和電子漂移速度以及抗輻照等優(yōu)異的特性，在無線通信、電力系統(tǒng)、光電探測等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。近年來，AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)界面處因自發(fā)極化和壓電極化效應(yīng)所產(chǎn)生的高濃度、高遷移率的二維電子氣(2DEG)，快速推動了高性能GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)的發(fā)展與應(yīng)用。依據(jù)半導(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展歷程來講，開發(fā)高空穴遷移率晶體管(HHMT)，實現(xiàn)GaN HEMT與HHMT的單片集成，是GaN集成電路與系統(tǒng)發(fā)展的必然方向。

事實上，研究人員已借助p-GaN/GaN/AlGaN或p-GaN/GaN/AlN結(jié)構(gòu)等，通過極化調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)二維空穴氣(2DHG)，研制出GaN HHMT器件。然而，p-GaN與GaN溝道層間極差的刻蝕選擇比，極大增加了刻蝕后GaN溝道層的表面粗糙度與結(jié)構(gòu)損傷，嚴(yán)重影響了2DHG的電學(xué)輸運特性，造成HHMT器件電學(xué)輸出與工作穩(wěn)定性的惡化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種提高p-GaN層與GaN溝道層間的選擇刻蝕比，實現(xiàn)高閾值電壓穩(wěn)定性、低導(dǎo)通電阻、高輸出電流密度的GaN基高空穴遷移率晶體管及其制備方法。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種GaN基高空穴遷移率晶體管，所述晶體管結(jié)構(gòu)自下而上依次包括襯底、緩沖層、勢壘層、溝道層、插入層和p-GaN層，所述插入層的上方依次平行設(shè)有源極、柵極與漏極，所述源極和漏極位于p-GaN層的上方，鈍化介質(zhì)層覆蓋于插入層、p-GaN層、源極、漏極和柵極的上方且在源極、漏極、柵極對應(yīng)的位置處開設(shè)有與外界進行電接觸的窗口。

進一步的，所述插入層為AlN、AlGaN、InAlN、InAlGaN中的一種或多種組合，總厚度小于5nm。

進一步的，所述襯底為藍寶石、SiC、Si、金剛石和GaN自支撐襯底中的任一種。

進一步的，所述緩沖層為GaN、AlN、AlGaN中的一種或多種組成的單層或多層結(jié)構(gòu)。

進一步的，所述溝道層為GaN/AlN、GaN/AlGaN、InGaN/GaN結(jié)構(gòu)中的一種，所述勢壘層為GaN/AlN、GaN/AlGaN、InGaN/GaN結(jié)構(gòu)中的一種。

進一步的，所述源極和漏極的金屬分別為Ag、Pt-Au合金、Ti-Au合金、Ni-Au合金、Ti-Au-Ni-Au合金中的一種，可相同或不同。

進一步的，所述柵極為Ni、Pt、Ni-Au合金、Pt-Au合金中的一種。

進一步的，所述鈍化介質(zhì)層為SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃介質(zhì)中的一種或幾種。

一種GaN基高空穴遷移率晶體管的制備方法，包括如下步驟：

1)在襯底的上方利用外延生長方法依次生長緩沖層、勢壘層、溝道層、插入層和p-GaN層；

2)在p-GaN層的上方定義p-GaN層的掩模，隨后通過刻蝕方法形成p-GaN層；