一种高质量MOS界面的常关型GaNMOSFET结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体器件的技术领域，更具体地，涉及一种高质量MOS界面的常关型GaN MOSFET结构及其制备方法。本发明专利技术利用二次外延高温生长的过程中，掩膜层与GaN界面形成的一层致密的介质层，有效地钝化了GaN材料表面悬挂键，在后续工艺过程中减少了Ga‑O键的进一步形成，从而改善了器件的性能。所述外延层包括一次外延生长的GaN外延层基板以及选择区域二次外延生长的非掺杂GaN外延层、异质结势垒层。所述凹槽栅由二次外延生长接入区材料时自然形成。栅极绝缘介质层覆盖在凹槽沟道、二次外延层的侧壁及表面之上，通过刻蚀绝缘层的两端形成源、漏极区域，再通过金属蒸镀形成欧姆接触电极。本发明专利技术利用选择区域外延技术制备了具有高质量界面的槽栅MOS器件，明显地提高了器件的阈值电压稳定性。

A normal GaNMOSFET structure of high quality MOS interface and its preparation method

The invention relates to the technical field of semiconductor devices, more specifically, normally closed type GaN MOSFET structure and its preparation method relates to a high quality MOS interface. The invention is used two times in the process of high temperature epitaxial growth medium, mask a layer of GaN film and the interface formation, effective passivation of GaN surface dangling bond, in the follow-up process to reduce further the formation of Ga O key, so as to improve the performance of the device. The epitaxial layer includes an epitaxial GaN epitaxial layer and a non doped GaN epitaxial layer and a heterojunction barrier layer for the two epitaxial growth of the selected region. The grooved gate is naturally formed when the two epitaxial growth is connected to the material of the area. The gate insulating dielectric layer is covered on the side wall and surface of the groove channel and the two epitaxial layer, and the source and drain area is formed by etching the two ends of the insulation layer, and then the ohmic contact electrode is formed by metal evaporation. This invention makes use of the selective region epitaxy technology to prepare the groove gate MOS device with high quality interface, which obviously improves the threshold voltage stability of the device.

【技术实现步骤摘要】
一种高质量MOS界面的常关型GaNMOSFET结构及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件的
，更具体地，涉及一种高质量MOS界面的常关型GaNMOSFET结构及其制备方法。
技术介绍
作为第三代半导体材料，GaN不仅具备较宽的禁带、较高的热导率和较高的临界击穿场强等优点，而且在其异质界面处形成的二维电子气具有较高的浓度和较大的饱和电子迁移速度。与Si材料相比，该类型的材料在制作高功率、高开关速度的电力电子器件方面具有更大的优势，应用前景广阔。由于AlGaN/GaN异质结中的自发极化效应和压电极化效应产生了高浓度的2DEG，使得该类型的器件具有导通电阻低、电流密度高等特点，属于常开型器件。要实现该类型器件的常关，需要额外施加负栅压。但是，在电力电子及射频放大领域，常关型器件有着更加广泛的应用。用常关型器件组成的电路可以采用单电源进行供电，这一特点简化了电路，增加了电路的可靠性。目前，实现GaN基器件常关的方法主要有两类。其一是级联法（cascode）,但是该方法的高温耐受特性受到了Si器件的制约，且器件较复杂，工艺成本较大；另一类是通过器件工艺或者外延生长调控异质结中的2DEG，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高质量MOS界面的常关型GaN MOSFET结构，其特征在于，包括在衬底（1）上一次外延生长一层GaN外延层基板（2），在GaN外延层基板（2）上沉积一层掩膜材料（9）并形成图形化的掩膜（10），利用二次外延生长非掺杂GaN外延层（3）、异质结势垒层（4），去除图形化掩膜（10）并自然形成凹槽，沉积一层栅绝缘介质层（5），该介质层覆盖在凹槽沟道、二次外延层的侧壁及表面之上，通过金属蒸镀形成源极（6）和漏极（7）以及栅极（8）。

【技术特征摘要】
1.一种高质量MOS界面的常关型GaNMOSFET结构，其特征在于，包括在衬底（1）上一次外延生长一层GaN外延层基板（2），在GaN外延层基板（2）上沉积一层掩膜材料（9）并形成图形化的掩膜（10），利用二次外延生长非掺杂GaN外延层（3）、异质结势垒层（4），去除图形化掩膜（10）并自然形成凹槽，沉积一层栅绝缘介质层（5），该介质层覆盖在凹槽沟道、二次外延层的侧壁及表面之上，通过金属蒸镀形成源极（6）和漏极（7）以及栅极（8）。2.根据权利要求1所述的一种高质量MOS界面的常关型GaNMOSFET结构，其特征在于：所述的衬底（1）的材料可以是SiC、蓝宝石或Si，但不限于此范围。3.根据权利要求1所述的一种高质量MOS界面的常关型GaNMOSFET结构，其特征在于：所述的GaN外延层基板（2）包括应力缓冲层（11）、GaN层（12），应力缓冲层可以是AlN、AlGaN、GaN的任一种或组合，其厚度介于100nm至10μm之间，GaN层可以是C或Fe掺杂形成的高阻层或非故意掺杂的外延层，其厚度介于100nm至10μm之间。4.根据权利要求1所述的一种高质量MOS界面的常关型GaNMOSFET结构，其特征在于：所述的掩膜材料（9）可以采用SiO2、SiNx、Al2O3、AlN、HfO2、MgO、Sc2O3，其厚度介于1nm至100nm。5.根据权利要求1所述的一种高质量MOS界面的常关型GaNMOSFET结构，其特征在于：所述的非掺杂GaN层（3）厚度介于10nm至500nm之间，所述的异质结势垒层（4）可以是AlGaN、AlInN、AlInGaN、AlN、InGaN中任意一种或多种材料的组合，但不限于此范围，其厚度介于5nm至50nm之间，在非掺杂GaN外延层（3）和异质结势垒层（4）之间还生长一层1nm至10nm厚的AlN层。6.根据权利要求1所述的一种高质量MOS界面的常关型GaNMOSFET结构，其特征在于：所述的栅极绝缘介质层（5）的材料可以是SiO2、Al2O3、Sc2O3、SiNx、AlN、HfO2、MgO、Ga2O3、HfS...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘扬，阙陶陶，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44