镓解理面III族/氮化物磊晶结构及其主动元件与其制作方法技术

本发明专利技术是关于一种镓解理面III族/氮化物磊晶结构及其主动元件与其制作方法。在此镓解理面的氮化镓铝/氮化镓磊晶结构包含有一基底；一位于基底上的氮化镓碳掺杂高阻值层；一位于氮化镓碳掺杂高阻值层上的氮化镓铝缓冲层；一位于氮化镓铝缓冲层上的氮化镓通道层；以及一位于氮化镓通道层上的氮化镓铝层。在元件设计上藉由P型氮化镓倒置梯型栅极或阳极结构使镓解理面III族/氮化物磊晶结构内的二维电子气在P型氮化镓倒置梯型结构下方处能呈现耗尽状态，以制作出P型氮化镓栅极加强型氮化镓铝/氮化镓高速电子迁移率晶体管、P型氮化镓阳极氮化镓铝/氮化镓肖特基势垒二极管或混合型元件。

【技术实现步骤摘要】
镓解理面III族/氮化物磊晶结构及其主动元件与其制作方法
本专利技术是关于一种磊晶结构，特别是关于一种可阻挡缓冲层缺陷(buffertrap)的电子进入通道层(channellayer)的崭新的镓解理面(Ga-Face)III族/氮化物半导体系列磊晶结构，以及利用该磊晶结构所形成的主动元件与其制作方法。
技术介绍
在过去的习知技艺中，以磊晶结构来达到加强型氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)高速电子迁移率晶体管(E-ModeAlGaN/GaNHEMT)最常见的方式就是1.镓解理面(Ga-Face)P型氮化镓(P-GAN)栅极加强型高速电子迁移率晶体管(P-GaNGateE-ModeHEMTstructure)、2.氮解理面氮化镓铝栅极加强型高速电子迁移率晶体管(N-FaceAl(x)GaNGateE-ModeHEMTstructure)，但正如两者元件的命名方式就可知只有栅极(Gate)的区域会保留P型氮化镓(P-GAN)或氮化镓铝(Al(x)GaN)。最常见的制程方式就是使用一种磊晶结构，并将栅极(Gate)区域以外的P型氮化镓(P-GAN)以干式蚀刻的方式蚀刻掉，并尽量保持下一层的磊晶层厚度的完整性，因为当下一层的磊晶层被蚀刻掉太多的话会连带造成的氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)接口的二维电子气(2-DEG)无法形成。因此，以干式蚀刻的方式其实难度很高因为:1.蚀刻深度难掌控、2.磊芯片上每一个磊晶层的厚度还是会有不均匀的。有鉴于此，本专利技术针对上述的缺失，提出一种崭新的镓解理面(Ga-Face)III族/氮化物磊晶结构与以及利用该磊晶结构所形成的主动元件与其积体化的制作方法。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种崭新的镓解理面(Ga-Face)III族/氮化物磊晶结构与利用该磊晶结构所形成的主动元件与其积体化的制作方法，以解决磊晶结构在高速电子迁移率晶体管所遇到的制程瓶颈，并且本专利技术的镓解理面(Ga-Face)III族/氮化物磊晶结构基板上可一次性形成数种能够在高电压高速操作的主动元件。本专利技术的另一目的在于藉由P型氮化镓(P-GAN)倒置梯型栅极或阳极结构使镓解理面(Ga-Face)III族/氮化物磊晶结构内的二维电子气(2-DEG)在P型氮化镓(P-GAN)倒置梯型结构下方处能呈现耗尽状态，以制作出P型氮化镓栅极加强型氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)高速电子迁移率晶体管、P型氮化镓阳极氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)肖特基势垒二极管或混合型元件。为达上述目的，本专利技术提出一种镓解理面氮化镓铝/氮化镓磊晶结构，其包含有:一基底；一氮化镓碳掺杂高阻值层(碳掺杂)，其位于该基底上；一氮化镓铝缓冲层，其位于该氮化镓碳掺杂高阻值层上；一氮化镓通道层，其位于该氮化镓铝缓冲层上；以及一氮化铝鎵层，其位于该氮化镓通道层上，其中该氮化镓铝层中的铝含量范围为X，而该X＝0.1～0.3；该氮化镓铝缓冲层中的铝含量范围为Y，而该Y＝0.05～0.75。本专利技术更提出数种使用该镓解理面(Gaface)的氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)磊晶结构所制得的具有P型氮化镓(P-GAN)倒置梯型结构的晶体管或肖特基势垒二极管元件，与其制作方法。附图说明图1，其为镓解理面(Ga-Face)与氮解理面(N-face)在不同的磊晶(氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)系统、氮化镓/氮化镓銦(GaN/InGaN)系统)应力下的EPS及EPZ的分布示意图；图2，其为镓解理面(Ga-Face)及氮解理面(N-face)之氮化镓成长在一基板的示意图；图3，其为氮化镓铝(AlGaN)及氮化镓(GaN)接面所产生的二维电子气(2-DEG)因不同极性存在于不同位置的示意图；图4A，其为本专利技术的氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)高速电子迁移率晶体管磊晶结构上成长一层P型氮化镓(P-GAN)后的能带分布图；图4B-4D，其为本专利技术的P型氮化镓栅极加强型氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)高速电子迁移率晶体管在漏极电压(Vd)固定下，元件随着栅极电压(Vg)变化的工作图；图5A，其为本专利技术所设计的镓解理面(GaFace)氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)-HEMT磊晶的结构图；图5B，其为图5A改良后的镓解理面(GaFace)氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)-HEMT磊晶的结构图；图6A-1、6A-2，其为本专利技术的择性区域成长P型氮化镓栅极加强型氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)高速电子迁移率晶体管的剖面图；图6B，其为本专利技术的择性区域成长P型氮化镓栅极加强型氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)高速电子迁移率晶体管的上视图；图7A至图7B，其为本专利技术的择性区域成长P型氮化镓栅极加强型氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)高速电子迁移率晶体管形成P型氮化镓栅极的示意图；图7C，其为本专利技术的择性区域成长P型氮化镓栅极加强型氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)高速电子迁移率晶体管形成漏极以及源极电极金属的示意图；图7D-1、7D-2，其为本专利技术的择性区域成长P型氮化镓栅极加强型氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)高速电子迁移率晶体管形成隔离结构的示意图；图7E-1、7E-2，其为本专利技术的择性区域成长P型氮化镓栅极加强型氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)高速电子迁移率晶体管的形成栅极电极金属以及漏极及源极电极的打线区域(BondingPad)或连接(Interconnection)金属的示意图；图8A-1、8A-2，其为本专利技术的择性区域成长P型氮化镓阳极氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)肖特基势垒二极管的剖面图；图8B，其为本专利技术的择性区域成长P型氮化镓阳极氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)肖特基势垒二极管的上视图；图9A，其为本专利技术的氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)加強型高速电子迁移率晶体管(E-ModeHEMT)串接一个氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)没有栅极氧化层(GateOxide)耗尽型高速电子迁移率晶体管(D-ModeHEMT)的等效电路图；图9B，其为本专利技术的氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)加強型高速电子迁移率晶体管(E-ModeHEMT)串接一个氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)具有栅极氧化层(GateOxide)耗尽型高速电子迁移率晶体管(D-ModeHEMT)的等效电路图；图10A，其为本专利技术的图9A等效电路图与导通后的示意图；图10B，其为本专利技术的图9B等效电路图与导通后的示意图；图11A-1、11A-2，其为本专利技术的混合型加强型氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)高速电子迁移率晶体管的结构剖面示意图；图11B，其为图11A-1、11A-2的晶体管的上视图；图12A至图12F-2，其为本专利技术的图11A-1、11A-2的制程步骤的示意图；图13A-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制作P型氮化镓阳极氮化镓铝/氮化镓肖特基势垒二极管的方法，其特征在于，包含有下列步骤:/n提供一氮化镓铝/氮化镓磊晶结构，其包含有:/n一硅基底；/n一氮化镓碳掺杂高阻值层，其形成于该硅基底上；/n一氮化镓铝缓冲层，其形成于该氮化镓碳掺杂高阻值层上；/n一氮化镓通道层，其形成于该氮化镓铝缓冲层上；以及/n一氮化镓铝层，其形成于该氮化镓通道层上，其中该氮化镓铝层中的铝含量范围为X，而该X=0.1~0.3；该氮化镓铝缓冲层中的铝含量范围为Y，而该Y=0.05~0.75；以及/n于该氮化镓铝/氮化镓磊晶结构上利用选择性区域成长形成一P型氮化镓倒置梯型阳极结构，以控制二维电子气位于该P型氮化镓倒置梯型阳极结构下方是耗尽状态。/n

【技术特征摘要】
20160614 TW 1051184811.一种制作P型氮化镓阳极氮化镓铝/氮化镓肖特基势垒二极管的方法，其特征在于，包含有下列步骤:
提供一氮化镓铝/氮化镓磊晶结构，其包含有:
一硅基底；
一氮化镓碳掺杂高阻值层，其形成于该硅基底上；
一氮化镓铝缓冲层，其形成于该氮化镓碳掺杂高阻值层上；
一氮化镓通道层，其形成于该氮化镓铝缓冲层上；以及
一氮化镓铝层，其形成于该氮化镓通道层上，其中该氮化镓铝层中的铝含量范围为X，而该X=0.1~0.3；该氮化镓铝缓冲层中的铝含量范围为Y，而该Y=0.05~0.75；以及
于该氮化镓铝/氮化镓磊晶结构上利用选择性区域成长形成一P型氮化镓倒置梯型阳极结构，以控制二维电子气位于该P型氮化镓倒置梯型阳极结构下方是耗尽状态。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中利用选择性区域成长于该氮化镓铝/氮化镓磊晶结构上形成该P型氮化镓倒置梯型阳极结构的步骤更包含有:
于该氮化镓铝/氮化镓磊晶结构上形成一二氧化硅罩幕层；
对该二氧化硅罩幕层进行曝光显影，以定义出一阳极选择性成长区域；
使用氧化物缓冲蚀刻液对该阳极选择性成长区域进行蚀刻，以形成一倒置梯形结构；
于该倒置梯形结构内成长P型氮化镓，以形成该P型氮化镓倒置梯型阳极结构;以及
移除该二氧化硅光罩层。


3.一种P型氮化镓阳极氮化镓铝/氮化镓肖特基势垒二极管，其特征在于，包含有:
一氮化镓铝/氮化镓磊晶结构，其包含有:
一硅基底；
一氮化镓碳掺杂高阻值层，其位于该硅基底上；
一氮化镓铝缓冲层，其位于该氮化镓碳掺杂高阻值层上；
一氮化镓通道层，其形成于该氮化镓铝缓冲层上；以及
一氮化镓铝层，其形成于该氮化镓通道层上，其中该氮化镓铝层中的铝含量范围为X，而该X=0.1~0.3；该氮化镓铝缓冲层中的铝含量范围为Y，而该Y=0.05~0.75；以及
一P型氮化镓倒置梯型阳极结构，其位于该氮化镓铝层上，二维电子气位于该P型氮化镓倒置梯型阳极结构下方是耗尽状态。


4.一种制作氮化镓铝/氮化镓肖特基势垒二极管的制作方法，其特征在于，包含有下列步骤:
提供一氮化镓铝/氮化镓磊晶结构，其包含有:
一硅基底；
一氮化镓碳掺杂高阻值层，其位于该硅基底上；
一氮化镓铝缓冲层，其位于该氮化镓碳掺杂高阻值层上；
一氮化镓通道层，其形成于该氮化镓铝缓冲层上；以及
一氮化镓铝层，其形成于该氮化镓通道层上，其中该氮化镓铝层中的铝含量范围为X，而该X=0.1~0.3；该氮化镓铝缓冲层中的铝含量范围为Y，而该Y=0.05~0.75；
于该氮化镓铝层内形成一第一阴极离子注入区与一第二阴极离子注入区；
利用选择性区域成长方式于该氮化镓铝/氮化镓磊晶结构上形成一P型氮化镓倒置梯型阳极结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：江文章，
申请(专利权)人：黄知澍，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71