一种高阈值电压高导通性能的常关型GaN基MOSFET结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体的技术领域，更具体地，涉及一种高阈值电压高导通性能的常关型GaN基MOSFET结构及其制备方法。一种高阈值电压高导通性能的常关型GaN基MOSFET制备方法，包括下述步骤：首先提供所需衬底，在所述衬底上依次外延生长应力缓冲层、GaN缓冲层、AlN薄层以及AlGaN薄层，通过刻蚀处理，保留栅极区域之上的AlN薄层以及AlGaN薄层，获得进行选择区域外延的基板。在所述基板上依次选择区域外延GaN沟道层、AlN插入层以及AlGaN势垒层，形成凹槽结构。再沉积栅介质层，栅极金属覆盖于凹槽沟道栅介质层之上，栅极两端覆盖金属形成源极和漏极。本发明专利技术能够有效提高阈值电压、栅区迁移率、降低沟道电阻、改善GaN MOSFET器件的导通性能。

A GaN based MOSFET structure and its preparation method for high threshold voltage and high conduction performance

The invention relates to the technical field of semiconductors, and in particular to a normally closed GaN based MOSFET structure with high threshold voltage and high conduction performance and a preparation method thereof. A high threshold voltage high conduction properties of normally closed type GaN based MOSFET preparation method, comprising the following steps: firstly, to provide the necessary substrate, followed by epitaxial growth on the substrate stress buffer layer and GaN buffer layer, AlN layer and AlGaN layer, the etching process, retain the gate region above the AlN layer and the AlGaN layer, for the choice of substrate epitaxial region. On the substrate, the region epitaxial GaN channel layer, the AlN insertion layer and the AlGaN barrier layer are selected in order to form a groove structure. The grid layer is redeposited, and the gate metal is overlaid on the groove gate dielectric layer, and the ends of the gate are covered with metal to form the source pole and the drain. The invention can effectively improve the threshold voltage, gate region mobility, reduce channel resistance, improve the GaN MOSFET device turn-on performance.

【技术实现步骤摘要】
一种高阈值电压高导通性能的常关型GaN基MOSFET结构及其制备方法
本专利技术涉及半导体的
，更具体地，涉及一种高阈值电压高导通性能的常关型GaN基MOSFET结构及其制备方法。
技术介绍
GaN材料作为第三代宽禁带半导体材料的代表，具有禁带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度大和热导率高等优越的性能。GaN基功率开关器件通常利用AlGaN/GaN异质结构界面处高浓度、高迁移率的二维电子气工作，使器件具有导通电阻小、开关速度快的优点，十分适合制作大功率、高频、高温电力电子器件。在电力电子应用领域，为了保证电路系统的失效安全，FET器件必须实现常关型工作。而对于常规的AlGaN/GaNHFET，由于AlGaN/GaN异质结界面高浓度、高迁移率的2DEG的存在，即使在外加栅压为零的情况下，其器件也处于开启状态，因此，常规的AlGaN/GaNHFET属于常开型器件。如何实现常关型HFET一直是GaN基电力电子器件领域里研究最多的一个难点。目前实现常关型器件的方法之一是凹槽栅法。该方法通过减薄或者完全去除栅区AlGaN层来降低栅区二维电子气浓度，同时保留接入区的二维电子气，来实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高阈值电压高导通性能的常关型GaN基MOSFET结构，其特征在于，由下往上依次包括衬底（1），应力缓冲层（2），GaN外延层（3），AlN外延层（4），AlGaN外延层（5），二次外延层（6），二次外延形成凹槽，栅介质层（7），两端形成源极（8）和漏极（9），凹槽沟道处的绝缘层（7）上覆盖有栅极（10）。

【技术特征摘要】
1.一种高阈值电压高导通性能的常关型GaN基MOSFET结构，其特征在于，由下往上依次包括衬底（1），应力缓冲层（2），GaN外延层（3），AlN外延层（4），AlGaN外延层（5），二次外延层（6），二次外延形成凹槽，栅介质层（7），两端形成源极（8）和漏极（9），凹槽沟道处的绝缘层（7）上覆盖有栅极（10）。2.根据权利要求1所述的一种高阈值电压高导通性能的常关型GaN基MOSFET结构，其特征在于：所述的凹槽呈U型或梯型结构。3.根据权利要求1所述的一种高阈值电压高导通性能的常关型GaN基MOSFET结构，其特征在于：所述的衬底（1）为Si衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、GaN自支撑衬底中的任一种。4.根据权利要求1所述的一种高阈值电压高导通性能的常关型GaN基MOSFET结构，其特征在于：所述的应力缓冲层（2）为AlN、AlGaN、GaN的任一种或组合；应力缓冲层厚度为100nm~20μm。5.根据权利要求1所述的一种高阈值电压高导通性能的常关型GaN基MOSFET结构，其特征在于：所述的一次生长GaN外延层（3）为非故意掺杂的GaN外延层或掺杂的高阻GaN外延层，所述掺杂高阻层的掺杂元素为碳或铁；GaN外延层厚度为100nm~20μm。6.根据权利要求1所述的一种高阈值电压高导通性能的常关型GaN基MOSFET结构，其特征在于：所述的外延层（4）为高质量的AlN层；AlN层厚度为0-5nm。7.根据权利要求1所述的一种高阈值电压高导通性能的常关型GaN基MOSFET结构，其特征在于：所述的外延层（5）为高质量的AlGaN层；AlGaN层厚度为1-10nm，铝组分浓度可变化；所述的二次外延层（6）为AlGaN/GaN异质结构，AlGaN层厚度为5-50nm，且铝组分浓度可变化，GaN层厚度为0-500nm。8.根据权利要求7所述的一种高阈值电压高导通性能的常关型GaN基MOSFET结构，其特征在于：所述的AlGaN势垒层材料还可以为AlInN、InGaN、AlInGaN、AlN中的一种或任意几种的组合；所述的二次外延层（6）中，AlGaN势垒层与GaN层之间还可以插入一Al...

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