[發明專利]一種納米開關器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202010830470.6
• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN111816704A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 左朋;汪洋;賈曉云;楊浩軍;王曉暉;丁國建;張宇超;馮琦;王海玲;賈海強;陳弘
• 申請（專利權）人: 松山湖材料實驗室
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/10;H01L21/335
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 呂露

本申請提供一種納米開關器件及其制備方法，涉及半導體高電子遷移率晶體管技術領域。納米開關器件包括依次層疊布置的襯底、緩沖層和溝道層，溝道層表面具有V型槽，溝道層表面且位于V型槽兩側分別設置有勢壘層，勢壘層表面分別設置有源極和漏級，V型槽表面設置有鈍化層，鈍化層表面設置有柵極。溝道層的材質為GaN基材料，在外延生長過程中其表面會形成能夠充當人工刻蝕凹槽的V型槽。在柵極不加電壓時，V型槽能夠阻斷勢壘層和溝道層形成的二維電子氣，阻斷源極和漏級之間形成電流，使器件在柵極不加電壓下處于常關狀態；當給柵極加電壓時，V型槽下面的溝道層會聚集電荷，使源極和漏級之間的二維電子氣導通。

技術領域

本申請涉及半導體高電子遷移率晶體管技術領域，具體而言，涉及一種納米開關器件及其制備方法。

背景技術

隨著高壓開關和高速射頻電路的發展，高電子遷移率晶體管已成為一個研究熱點。第三代半導體材料氮化鎵(GaN)由于具有禁帶寬度大、耐高溫耐高壓、抗腐蝕抗輻射、電子飽和漂移速率高等眾多優異的材料特性，已被廣泛應用于電力電子及射頻器件之中。

由于自發極化效應和壓電極化效應，GaN/Al_xGa_1-xN異質結界面具有很高的電子濃度(2DEG)和電子遷移率，常應用于耗盡型(常開型)GaN HEMT的制作。耗盡型器件應用具有局限性，由于需要獨立的負偏壓保持關斷，在電能轉換效率及安全性上不如常閉型器件。所以實現增強型(常閉型)的HEMT器件，可以有效避免系統轉換時的導通損毀。

目前增強型HEMT器件主要采用凹槽技術和氟離子注入技術形成，以此來改善器件的可靠性。但是無論是凹槽刻蝕工藝還是氟離子注入工藝都會對材料造成損傷，對器件性能和可靠性造成影響。對于凹槽刻蝕工藝，難以精確控制，同時可能會損傷勢壘層表面造成電流崩塌問題。

發明內容

本申請實施例的目的在于提供一種納米開關器件及其制備方法，其通過直接利用GaN基材料外延生長形成的V型槽作為凹槽，無需再刻蝕一個凹槽，簡化了制備工藝，避免刻蝕工藝給器件造成損傷。

第一方面，本申請實施例提供一種納米開關器件，其包括依次層疊布置的襯底、緩沖層和溝道層，溝道層表面具有V型槽，溝道層表面且位于V型槽兩側分別設置有勢壘層，勢壘層表面分別設置有源極和漏級，V型槽表面設置有鈍化層，鈍化層表面設置有柵極。

溝道層的材質為GaN基材料。

在上述實現過程中，GaN基材料在外延生長過程中其表面會形成V型槽，本申請中的V型槽能夠有效的充當人工刻蝕凹槽。在柵極不加電壓的情況下，利用V型槽的特點阻斷勢壘層和溝道層形成的二維電子氣，從而阻斷源極和漏級之間形成電流，使器件在柵極不加電壓的情況下處于常關狀態；當給柵極加電壓時，V型槽下面的溝道層會聚集電荷，使源極和漏級之間的二維電子氣導通。器件的源極和漏級在柵極的不同狀態下能夠處于導通和阻斷兩種狀態使器件能夠作為開關器件。

在一種可能的實施方案中，V型槽的形狀包括倒置的六角錐形，源極和漏級分別以V型槽的軸線對稱分布。

在上述示例中，源極、漏級和V型槽處于同一直線分布。

在一種可能的實施方案中，V型槽的最大內徑為100～500nm。

在上述示例中，通過GaN基材料外延生長得到的V型槽的最大內徑僅為100～500nm，使其能夠成為納米開關器件，功耗低，性能穩定。

在一種可能的實施方案中，緩沖層的材質包括Al_aGa_bIn_1-a-bN，其中0≤a≤1，0≤b≤1，且a+b≤1。

可選地，緩沖層的厚度為10～100nm。

在一種可能的實施方案中，溝道層的材質包括In_xGa_1-xN，其中0≤x1。