GaN基HEMT器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种GaN基HEMT器件及其制作方法。所述制作方法包括制作形成异质结的步骤以及制作与异质结配合的源极、漏极的步骤，异质结中形成有二维电子气，源极与漏极能够通过二维电子气电连接；以及还包括直接在异质结上低温原位生长绝缘层的步骤以及直接在绝缘层上原位生长第三半导体的步骤，第三半导体能够将位于其下方的二维电子气耗尽；以及，制作与第三半导体配合的栅极。本发明专利技术提供的制作方法在生长形成异质结后，降低温度，直接在异质结上低温原位生长绝缘层，可避免材料的二次污染、减小界面态密度，且能够形成无定形结构的绝缘层、消除绝缘层材料的自发极化和压电极化，对器件其它结构的生长不会造成污染。

GaN based HEMT device and its fabrication

【技术实现步骤摘要】
GaN基HEMT器件及其制作方法
本专利技术涉及一种HEMT器件的制作方法，特别涉及一种GaN基HEMT器件及其制作方法，属于半导体

技术介绍
GaN基HEMT器件是一类新型的HEMT器件，其工作原理主要是由于三族氮化物材料的自发极化和压电极化，导致在异质结构界面上形成二维电子气，具有极高的电子浓度(可达1013/cm2)，可通过栅极电压控制电子浓度，从而实现对电流的控制，形成场效应晶体管。但肖特基结构的HEMT栅漏电大，栅压摆幅小(最大栅压1V～2V)。因此需要制备金属-绝缘层-半导体(MIS)结构的HEMT器件，绝缘层的引入可以降低栅漏电，增大摆幅，并且在刻蚀工艺中可以起到保护势垒层的作用。但是一方面，由于GaN材料体系不像Si体系那样，可以通过热氧化获得界面良好、质量优异的天然栅氧化层，只能通过多种薄膜沉积手段获得栅介质层和钝化层。另一方面GaN基HEMT器件由于在势垒层表面存在大量的表面态，所以当器件工作时，这些表面态会俘获大量电子而带负电，从而使得沟道电子浓度降低，导致器件的输出电流大幅度减小，即所谓的电流崩塌现象。表面态是导致HEMT器件电流崩塌效应的重要原因，而表面钝化是解决电流崩塌效应的手段之一。对GaN基HEMT的表面进行介质层钝化，可以减小表面态填充几率，使电流崩塌程度降低。现今研究者多利用SiO2、SiNx、Al2O3、HfO2、Sc2O3等作为HEMT器件的栅介质层，常用的钝化介质有SiO2、Sc2O3、MgO等，一方面这些介质层材料与III族氮化物不匹配，而且介质层和钝化层的生长方法为等离子体增强化学气相淀积法(PECVD)、原子层淀积法(ALD)、等离子体增强原子层淀积法(PE-ALD)等，这些方法的问题在于需要把异质结材料从生长腔室中取出转移到其它的介质层淀积腔室，导致材料的二次污染，使得异质结材料和介质层界面处不可避免地存在大量的界面态，使器件的工作过程中产生阈值电压及电流的回滞现象以及电流崩塌问题，影响器件的推广应用。而原位生长法制作生长介质层可以避免二次污染，但对AlN、BN及所形成的三元四元化合物作为介质层而言，高温原位生长获得的是晶体，其具有很大的自发极化和压电极化，导致HEMT结构与介质层之间的界面处形成二维电子气，此二维电子气的存在使得器件具有了双沟道，且导致栅泄漏电流增加严重，消弱了介质层降低漏电的作用，难以增加栅压摆幅，使介质层失去了其应有的作用。另外由于自发极化和压电极化的作用，通常GaN基HEMT结构的异质结界面具有二维电子气，是一种耗尽型晶体管结构，需要加负向电压才能关断，而增强型器件不需要负向电压，在微波功率放大器和低噪音功率放大器领域降低了电路复杂性和成本；耗尽型器件处于常开状态，在数字快速电路应用领域，增强型器件可形成低功率的互补逻辑，简化电路，而且增强型器件可提高电路安全性，因此增强型器件的研制势在必行。目前多以P型GaN及InGaN作为冒层制备增强型场效应晶体管，但P型GaN及InGaN的受主原子具有较大的激活能且容易被H钝化，掺杂效率只有0.1-1％。而且p型冒层直接生长在势垒层上，在器件制作过程中为了降低电阻率必须刻蚀栅源和栅漏间的p型冒层，刻蚀过程不可避免地对势垒层表面造成损伤和破坏，使得泄漏电流和电流崩塌增大。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种GaN基HEMT器件及其制作方法，从而克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种GaN基HEMT器件的制作方法，包括：制作形成异质结的步骤，所述异质结包括第一半导体和第二半导体，所述第二半导体形成在第一半导体上，且具有宽于所述第一半导体的带隙，所述异质结中形成有二维电子气；以及制作与异质结配合的源极、漏极的步骤，所述源极与漏极能够通过所述二维电子气电连接；所述的制作方法还包括：直接在所述异质结上低温原位生长绝缘层的步骤；直接在所述绝缘层上原位生长第三半导体的步骤，所述第三半导体能够将位于其下方的二维电子气耗尽；以及，制作与所述第三半导体配合的栅极。进一步的，所述绝缘层的生长温度低于制作形成异质结的温度。在一些较为具体的实施方案中，所述的制作方法包括：采用金属有机物化学气相外延的方式生长形成所述绝缘层，所述绝缘层的生长温度为300℃～800℃。在一些较为具体的实施方案中，所述的制作方法包括：采用分子束外延的方式生长形成所述绝缘层，所述绝缘层的生长温度为300℃～600℃。在一些较为具体的实施方案中，所述的制作方法包括：采用金属有机物化学气相外延、分子束外延中的任一种方式形成所述的异质结。进一步的，所述绝缘层为无定形结构。优选的，所述绝缘层的材质选自III族氮化物。优选的，所述绝缘层的材质包括AlN、BN、BAlN、BGaN和BAlGaN中的任意一种，但不限于此。优选的，所述绝缘层的厚度为5～50nm。进一步的，所述第三半导体的材质选自P型半导体。优选的，所述P型半导体的材质包括P型BN，但不限于此。进一步的，所述第一半导体的材质选自III族氮化物。优选的，所述第一半导体的材质包括GaN，但不限于此。进一步的，所述第二半导体的材质选自III族氮化物。优选的，所述第二半导体的材质包括AlGaN、AlInN、AlInGaN、AlGaN、AlInN和AlInGaN中的任意一种，但不限于此。在一些较为具体的实施方案中，所述的制作方法包括：至少采用刻蚀或离子注入的方式对所述异质结进行加工处理，以在所述异质结内形成隔离区，进而实现器件间隔离。优选的，所述刻蚀的厚度为100-500nm。优选的，所述离子注入的能量为10keV～200keV，注入剂量1013cm-2～1015cm-2。本专利技术实施例还提供了由所述的GaN基HEMT器件的制作方法制作形成的GaN基HEMT器件。本专利技术实施例还提供了一种GaN基HEMT器件，其包括：异质结以及与所述异质结配合源极、漏极和栅极，所述异质结包括第一半导体和第二半导体，所述第二半导体形成在第一半导体上，且具有宽于所述第一半导体的带隙，所述异质结中形成有二维电子气，所述源极与漏极能够通过所述二维电子气电连接；以及，形成在异质结上的绝缘层，所述绝缘层形成于源极与漏极之间，在所述绝缘层上还形成有第三半导体，所述第三半导体分布在栅极下方。进一步的，所述绝缘层为无定形结构。优选的，所述绝缘层的材质选自III族氮化物。优选的，所述绝缘层的材质包括AlN、BN、BAlN、BGaN和BAlGaN中的任意一种，但不限于此。优选的，所述绝缘层的厚度为5～50nm。进一步的，所述第三半导体的材质选自P型半导体。优选的，所述P型半导体的材质包括P型BN，但不限于此。进一步的，所述第一半导体的材质选自III族氮化物。优选的，所述第一半导体的材质包括GaN，但不限于此。进一步的，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN基HEMT器件的制作方法，包括：/n制作形成异质结的步骤，所述异质结包括第一半导体和第二半导体，所述第二半导体形成在第一半导体上，且具有宽于所述第一半导体的带隙，所述异质结中形成有二维电子气；/n以及制作与异质结配合的源极、漏极的步骤，所述源极与漏极能够通过所述二维电子气电连接；其特征在于，所述的制作方法还包括：/n直接在所述异质结上低温原位生长绝缘层的步骤；/n直接在所述绝缘层上原位生长第三半导体的步骤，所述第三半导体能够将位于其下方的二维电子气耗尽；/n以及，制作与所述第三半导体配合的栅极。/n

【技术特征摘要】
1.一种GaN基HEMT器件的制作方法，包括：
制作形成异质结的步骤，所述异质结包括第一半导体和第二半导体，所述第二半导体形成在第一半导体上，且具有宽于所述第一半导体的带隙，所述异质结中形成有二维电子气；
以及制作与异质结配合的源极、漏极的步骤，所述源极与漏极能够通过所述二维电子气电连接；其特征在于，所述的制作方法还包括：
直接在所述异质结上低温原位生长绝缘层的步骤；
直接在所述绝缘层上原位生长第三半导体的步骤，所述第三半导体能够将位于其下方的二维电子气耗尽；
以及，制作与所述第三半导体配合的栅极。


2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述绝缘层的生长温度低于制作形成异质结的温度。


3.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于包括：采用金属有机物化学气相外延的方式生长形成所述绝缘层，所述绝缘层的生长温度为300℃～800℃。


4.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于包括：采用分子束外延的方式生长形成所述绝缘层，所述绝缘层的生长温度为300℃～600℃。


5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于包括：采用金属有机物化学气相外延、分子束外延中的任一种方式形成所述的异质结。


6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述绝缘层为无定形结构；优选的，所述绝缘层的材质选自III族氮化物；优选的，所述绝缘层的材质包括AlN、BN、BAlN、BGaN和BAlGaN中的任意一种；优选的，所述绝缘层的厚度为5～50nm；和/或，所述第三半导体选自P型半导体；优选的，所述第三半导体的材质包括P型BN；和/或，所述第一半导体的材质选自III族氮化物；优选的，所述第一半导体的材质包括GaN；和/或，所述第二半导体的材质选自III族氮化物；优选的，所述第二半导体的材质包括AlGaN、AlInN、AlInGaN、AlGaN、AlInN和AlInGaN中的任意一种。


7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭庶欣，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32