具有等离子体钝化层的GaNHEMT及制备方法技术

本发明专利技术公开一种具有等离子体钝化层的GaNHEMT，由下至上依次为衬底、缓冲层、GaN或InGaN沟道层及InxAlyGa1‑x‑yN势垒层，所述InxAlyGa1‑x‑yN势垒层边缘有隔离区，在隔离区之内有源区的InxAlyGa1‑x‑yN势垒层表面有源电极、漏电极及栅电极，所述InxAlyGa1‑x‑yN势垒层上有等离子体钝化层。制备方法是制备预处理器件，将预处理器件置于反应腔内，将反应腔抽真空；向反应腔通入气体并使腔体压强达到3毫托~10托，开启功率小于200瓦的射频源使气体形成等离子体，所述气体为含F气体、含O气体、含Cl气体、氮气以及氩气中的至少一种；预处理器件在等离子体环境下保留0.5~5分钟；制成具有等离子体钝化层的GaN HEMT。

【技术实现步骤摘要】
具有等离子体钝化层的GaNHEMT及制备方法
本专利技术属于高电子迁移率晶体管器件制备领域，尤其涉及一种可大幅提升击穿电压的具有等离子体钝化层的GaNHEMT及制备方法。
技术介绍
氮化镓高电子迁移率晶体管器件（GaNHEMT）是基于氮化镓（GaN）材料的高电子迁移率晶体管（HEMT），在微波射频和电力电子应用中发挥越来越重要的角色。GaN高电子迁移率晶体管器件的结构是由下至上依次为衬底、缓冲层、GaN或InGaN沟道层及InxAlyGa1-x-yN势垒层（可有GaN或SiN帽层覆盖其上），所述InxAlyGa1-x-yN势垒层边缘有隔离区，隔离区之内有源区的InxAlyGa1-x-yN势垒层表面有源电极、漏电极及栅电极。三族氮化物InxAlyGa1-x-yN（0<x,y<1，x+y<=1）材料体系具有极强的极化效应，表面容易积累可移动电荷，对HEMT器件的性能造成如下主要影响：1）器件提前击穿，即实际击穿电压比设计值小，可靠性差；2）器件开关过程中实际电阻比静态电阻大，又称电流崩塌效应，影响器件的输出功率。为了解决三族氮化物表面积累可移动电荷的问题，现有的方法是在GaNHEMT的源、漏、栅电极制备后通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）或原子层沉积（ALD）的方法，直接在器件的InxAlyGa1-x-yN势垒层表面及源电极、漏电极及栅电极表面生长氮化硅（SiN）、氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）或氧化铪（Hf2O3）等介质薄膜（即钝化）。部分实验结果表明，InxAlyGa1-x-yN表面的移动电荷密度随介质层厚度的增加而减少，但不能完全去除；且对于微波射频器件而言，过厚的介质层会带来很大的寄生电容，影响器件在开关截止频率、增益等方面的性能，故介质层厚度受到限制。对于高压电力电子器件而言，未能去除的表面移动电荷仍会引起器件的提前击穿，影响器件长期的可靠性和稳定性。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种可大幅提升击穿电压的具有等离子体钝化层的GaNHEMT及制备方法。本专利技术的技术方案是：一种具有等离子体钝化层的GaNHEMT，由下至上依次为衬底、缓冲层、GaN或InGaN沟道层及InxAlyGa1-x-yN势垒层，InxAlyGa1-x-yN势垒层边缘有隔离区，在隔离区之内有源区的InxAlyGa1-x-yN势垒层表面有源电极、漏电极及栅电极，所述InxAlyGa1-x-yN势垒层上有等离子体钝化层。所述等离子体钝化层为源电极、栅电极及漏电极正投影之外的区域。所述等离子体钝化层为源电极及漏电极正投影之外的区域。所述等离子体钝化层为栅电极正投影区域。在上表面沉积有介质薄膜。一种上述具有等离子体钝化层的GaNHEMT的制备方法，其特征在于依次按照如下步骤进行：a.制备预处理器件；b.将预处理器件置于反应腔内，将反应腔抽真空；向反应腔通入气体并使腔体压强达到3毫托~10托，开启功率小于200瓦的射频源使气体形成等离子体，所述气体为含F气体（CF4、CHF3、C2F6、SF6）、含O气体（O2、O3、N2O）、含Cl气体（Cl2、BCl3、SiCl4）、氮气以及氩气中的至少一种；预处理器件在等离子体环境下保留0.5~5分钟；c.制成具有等离子体钝化层的GaNHEMT。所述制备预处理器件是制备源电极、漏电极及栅电极后的器件。所述制备预处理器件是制备源电极及漏电极后的器件。所述制备预处理器件是制备经光刻、显影生成栅电极图形后的器件。本专利技术的等离子体钝化层可完全去除InxAlyGa1-x-yN表面的移动电荷，无需介质层即可消除三族氮化物表面的移动电荷，使击穿电压大幅提升，提高电力电子器件在工作电压下的可靠性，又可避免过厚介质层带来的寄生电容对微波射频器件的负面影响，同时还可使器件的尺寸进一步缩小，降低器件成本。附图说明图1是本专利技术实施例1的结构示意图。图2是本专利技术实施例2的结构示意图。图3是本专利技术实施例3的结构示意图。图4是本专利技术实施例4的结构示意图。图5是本专利技术实施例1与现有技术击穿电压对比示意图。具体实施方式实施例1：a.制备预处理器件按照现有技术制备GaNHEMT，由下至上依次为衬底1、缓冲层2、GaN或InGaN沟道层3及InxAlyGa1-x-yN势垒层4，所述InxAlyGa1-x-yN势垒层边缘4有隔离区5，在隔离区5之内有源区的InxAlyGa1-x-yN势垒层表面沉积有源电极6、漏电极7及栅电极8。b.将预处理器件置于真空设备反应腔内，将反应腔抽真空（小于5毫托），真空设备是能激发等离子体的真空设备或装置，如反应离子刻蚀机RIE，感应耦合等离子体刻蚀机ICP，电子回旋共振等离子体刻蚀机ECR，等离子体去胶机或等离子体表面清洁机等；向反应腔通入O2气体并使腔体压强达到30毫托，开启功率小于200瓦的射频源使气体形成等离子体；预处理器件在等离子体环境下保留5分钟；即制成如图1所示的具有等离子体钝化层的GaNHEMT，由下至上依次为衬底1、缓冲层2、GaN或InGaN沟道层3及InxAlyGa1-x-yN势垒层4，InxAlyGa1-x-yN势垒层边缘4有隔离区5，在隔离区5之内有源区的InxAlyGa1-x-yN势垒层表面有源电极6、漏电极7及栅电极8，所述InxAlyGa1-x-yN势垒层4上有等离子体钝化层9，所述等离子体钝化层9为源电极6、栅电极8及漏电极7正投影之外的区域。与现有的介质层钝化不同，等离子体钝化能有效去除InxAlyGa1-x-yN表面的移动电荷，即切断表面移动电荷于源电极、栅电极和漏电极间在电场强度的驱动下进行表面迁移的可能。虽然实施例1栅电极下的表面还存在移动电荷，但源电极与栅电极之间和漏电极与栅电极之间的表面没有移动电荷，器件因表面移动电荷造成的提前击穿即可得到抑制。实施例2：a.制备预处理器件按照现有技术制备GaNHEMT，由下至上依次为衬底1、缓冲层2、GaN或InGaN沟道层3及InxAlyGa1-x-yN势垒层4，所述InxAlyGa1-x-yN势垒层边缘4有隔离区5，在隔离区5之内有源区的InxAlyGa1-x-yN势垒层表面沉积有源电极6及漏电极7。b.将预处理器件置于真空设备反应腔内，将反应腔抽真空（小于50毫托），真空设备是能激发等离子体的真空设备或装置，如反应离子刻蚀机RIE，感应耦合等离子体刻蚀机ICP，电子回旋共振等离子体刻蚀机ECR，等离子体去胶机或等离子体表面清洁机等；向反应腔通入CF4并使腔体压强达到5托，开启功率小于200瓦的射频源使气体形成等离子体；预处理器件在等离子体环境下保留3分钟；c.按照现有技术制作栅电极并沉积在等离子体钝化层9上。即制成如图2所示的具有等离子体钝化层的GaNHEMT，由下至上依次为衬底1、缓冲层2、GaN或InGaN沟道层3及InxAlyGa1-x-yN势垒层4，InxAlyGa1-x-yN势垒层边缘4有隔离区5，在隔离区5之内有源区的InxAlyGa1-x-yN势垒层表面有源电极6、漏电极7及栅电极8，所述InxAlyGa1-x-yN势垒层4上有等离子体钝化层9，所述等离子体钝化层9为源电极6及漏电极7正投影之外的区域。与实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有等离子体钝化层的GaNHEMT，由下至上依次为衬底（1）、缓冲层（2）、GaN或InGaN沟道层（3）及InxAlyGa1‑x‑yN势垒层（4），所述InxAlyGa1‑x‑yN势垒层边缘（4）有隔离区（5），在隔离区（5）之内有源区的InxAlyGa1‑x‑yN势垒层表面有源电极（6）、漏电极（7）及栅电极（8），其特征在于：所述InxAlyGa1‑x‑yN势垒层（4）上有等离子体钝化层（9）。

【技术特征摘要】
1.一种具有等离子体钝化层的GaNHEMT，由下至上依次为衬底（1）、缓冲层（2）、GaN或InGaN沟道层（3）及InxAlyGa1-x-yN势垒层（4），所述InxAlyGa1-x-yN势垒层边缘（4）有隔离区（5），在隔离区（5）之内有源区的InxAlyGa1-x-yN势垒层表面有源电极（6）、漏电极（7）及栅电极（8），其特征在于：所述InxAlyGa1-x-yN势垒层（4）上有等离子体钝化层（9）。2.根据权利要求1所述具有等离子体钝化层的GaNHEMT，其特征在于：所述等离子体钝化层（9）为源电极（6）、栅电极（8）及漏电极（7）正投影之外的区域。3.根据权利要求1所述具有等离子体钝化层的GaNHEMT，其特征在于：所述等离子体钝化层（9）为源电极（6）及漏电极（7）正投影之外的区域。4.根据权利要求1所述具有等离子体钝化层的GaNHEMT，其特征在于：所述等离子体钝化层（9）为栅电极（8）正投影区域。5.根据权利要求1、2、3或4所述具有等离子体钝化层的GaNHEMT，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣华，
申请(专利权)人：大连芯冠科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21