基于高K材料的叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件制造技术

本发明专利技术公开了一种基于高K材料的叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件。其自下而上包括：衬底(1)、AlN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlGaN势垒层(4)和栅介质层(5)，AlGaN势垒层的两端分别为源级(7)和漏级(8)，栅介质层(5)的上部为栅极(6)，该栅介质层(5)自下而上包括Al2O3过渡层(501)和介电常数大于Al2O3的高K介质层(502)。该高K叠栅介质结构设计增加了栅介质与AlGaN势垒层的导带偏移量，提高栅介质的介电常数，增强栅电容对沟道电子的控制力，有效减小了栅极泄漏电流，提高了器件的工作电压，改善了器件的功率特性，可用于高频大功率电路。

Cascaded AlGaN/GaN High Electron Mobility MOS Devices Based on High K Materials

The invention discloses a stacked gate AlGaN/GaN high electron mobility MOS device based on high K material. From bottom to top, it includes: substrate (1), AlN nucleation layer (2), GaN buffer layer (3), AlGaN barrier layer (4) and gate dielectric layer (5). The two ends of AlGaN barrier layer are source level (7) and drain level (8), and the upper part of gate dielectric layer (5) is gate (6). The gate dielectric layer (5) consists of Al2O3 transition layer (501) and high K dielectric layer (502) whose dielectric constant is greater than Al2O3. The design of the high-K cascade dielectric structure increases the conduction band offset between the gate dielectrics and the AlGaN barrier layer, increases the dielectric constant of the gate dielectrics, enhances the control of the gate capacitance on the channel electrons, effectively reduces the gate leakage current, improves the working voltage of the device, and improves the power characteristics of the device, which can be used in high frequency and high power circuits.

【技术实现步骤摘要】
基于高K材料的叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件
本专利技术属于GaN宽禁带半导体
，特别涉及一种叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件，可用于无线通讯和雷达设备的高频大功率电路。
技术介绍
无线通信技术的发展对微波功率器件提出了更高的要求。相比于其他材料，GaN的禁带宽度大，电子饱和速度高，热传导性好，非常适合应用于高温、高频和大功率环境下。AlGaN/GaN高电子迁移率器件HEMT在高频大功率的应用领域已经取得了很大的发展，但是HEMT器件存在的栅极泄漏电流和电流崩塌现象严重影响了器件性能，限制了其的应用范围。引入MOS结构，一方面可以显著降低HEMT器件的栅极泄漏电流，提高器件饱和漏电流；另一方面在AlGaN上生长一层高质量的栅介质可以起到钝化作用，从而降低了电流崩塌效应。随着器件特征尺寸不断缩小，栅氧化层厚度按比例缩小，引起量子隧穿效应。选取高K材料作为栅介质成为目前MOS-HEMT发展的趋势，高K材料拥有较高的介电常数使得其与SiO2拥有同样栅电容时，其厚度远高于SiO2，降低了隧穿效应发生几率。在与SiO2厚度相同的情况下，高K材料使栅电容增大很多，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于高K材料的叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件，自下而上包括：衬底(1)、AlN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlGaN势垒层(4)、栅介质层(5)，源级(7)和漏级(8)分别位于AlGaN势垒层(4)的两端，栅极(6)位于栅介质层(5)的上部，其特征在于：栅介质层(5)包括：Al2O3过渡层(501)和介电常数大于Al2O3介电常数的高K介质层(502)，该高K介质层(502)位于Al2O3过渡层(501)的上部，用于提高栅控能力。

【技术特征摘要】
1.基于高K材料的叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件，自下而上包括：衬底(1)、AlN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlGaN势垒层(4)、栅介质层(5)，源级(7)和漏级(8)分别位于AlGaN势垒层(4)的两端，栅极(6)位于栅介质层(5)的上部，其特征在于：栅介质层(5)包括：Al2O3过渡层(501)和介电常数大于Al2O3介电常数的高K介质层(502)，该高K介质层(502)位于Al2O3过渡层(501)的上部，用于提高栅控能力。2.根据权利要求1所述的基于高K材料的叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件，其特征在于衬底(1)采用蓝宝石、碳化硅或其他外延衬底材料。3.根据权利要求1所述的基于高K材料的叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件，其特征在于Al2O3过渡层(501)的厚度为2nm-3nm，高K介质层(502)的厚度为3nm-5nm。4.根据权利要求1所述的基于高K材料的叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件，其特征在于AlN成核层(2)的厚度为0.5μm-1μm。5.根据权利要求1所述的基于高K材料的叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件，其特征在于GaN缓冲层(3)的厚度为2μm-3μm。6.根据权利要求1所述的基于高K材料的叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件，其特征在于AlGaN势垒层(4)的厚度为20nm-30nm。7.一种基于高K材料的叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件的制作方法，包括如下步骤：1)选用衬底并进行标准RCA清洗；2)在清洗后的衬底上使用金属有机化合物气相淀积MOCVD技术外延厚度为0.5μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴绍飞，
申请(专利权)人：吴绍飞，
类型：发明
国别省市：江苏,32