具有p-GaN盖帽层的HEMT器件及制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有p‑GaN盖帽层的HEMT器件及制备方法，通过在H

【技术实现步骤摘要】
具有p-GaN盖帽层的HEMT器件及制备方法
本专利技术属于半导体
，涉及一种具有p-GaN盖帽层的HEMT器件及制备方法。
技术介绍
作为第三代半导体材料的代表，氮化镓(GaN)具有如宽带隙、优越的抗辐噪性、高雪崩击穿电场、良好的热传导率以及强场下高电子漂移速率等众多优良特性，被广泛应用于如激光、LED、微波、射频等领域中。现有电力半导体市场以硅的功率器件为主，在过去的20年里，硅功率器件每隔10年提高5～6倍的电力密度，但是其电力密度已经接近理论极限，很难再进一步的提高性能。相比硅或砷化镓，GaN半导体由于其带隙宽、优良的热稳定性、高击穿电压、高电子饱和漂移速度及优良的抗辐射性能，以及相比于硅电力半导体，GaN电力半导体还有低温抵抗特性，从而GaN电力半导体可以减少电力半导体引起的电力转换损失，做到电力系统、电力损耗最少化等优点。高电子迁移率晶体管(Highelectronmobilitytransistor，HEMT)是一种异质结场效应晶体管，高迁移率的二维电子气(2DEG)存在于异质结中，使HEMT器件具有高频、大功率、耐高温、抗辐射能力强等优越性能。目前，p-GaN增强型HEMT器件由于能够降低系统的功耗和复杂度，提升安全性，因而在高温和射频集成电路、高速开关以及微波单片集成电路等领域中具有广阔的应用前景。当前，实现p-GaN增强型HEMT器件的主流技术是在栅电极与势垒层之间引入p-GaN盖帽层，p-GaN盖帽层可以部分或者完全去除栅电极下方的2DEG，使阈值电压(Vth)正向漂移。对于p-GaN盖帽层的制备，传统的方法通常是先沉积形成p-GaN层，而后通过刻蚀p-GaN层形成p-GaN盖帽层，然而由于刻蚀工艺的特点，对粗糙度、均匀性、选择性、腔室控制等方面提出了挑战，采用刻蚀法制备p-GaN盖帽层容易造成刻蚀不均匀和刻蚀损伤的问题。从而影响器件性能。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种具有p-GaN盖帽层的HEMT器件及制备方法，用于解决现有技术中在p-GaN盖帽层刻蚀不均匀和刻蚀损伤的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种具有p-GaN盖帽层的HEMT器件的制备方法，包括以下步骤：提供外延结构，所述外延结构包括GaN沟道层、AlGaN势垒层及p-GaN层；形成覆盖所述p-GaN层的介质层；图形化所述介质层，以显露部分所述p-GaN层；在H2氛围下，进行退火处理，且在所述p-GaN层中，显露的所述p-GaN层与H2反应形成Mg-H键，以形成p-GaN钝化层，被所述介质层覆盖的所述p-GaN层形成p-GaN盖帽层。可选地，所述p-GaN层的厚度为70nm～100nm。可选地，所述p-GaN层中Mg离子的掺杂浓度为1×E19cm-3～5×E19cm-3。可选地，所述退火处理的温度为800℃～950℃，所述退火处理的时间为10min～15min。可选地，所述介质层为氮化硅层，图形化所述介质层的方法包括采用CF4进行等离子刻蚀。可选地，所述介质层的厚度为100nm～200nm。本专利技术还提供一种具有p-GaN盖帽层的HEMT器件，包括：图形化的介质层；外延结构，所述外延结构包括GaN沟道层、AlGaN势垒层及p-GaN层，其中，所述p-GaN层包括p-GaN盖帽层及p-GaN钝化层，所述介质层覆盖所述p-GaN盖帽层，所述p-GaN钝化层显露于所述介质层。可选地，所述p-GaN层的厚度为70nm～100nm。可选地，所述p-GaN层中Mg离子的掺杂浓度为1×E19cm-3～5×E19cm-3。可选地，所述介质层为氮化硅层，所述介质层的厚度为100nm～200nm。如上所述，本专利技术的具有p-GaN盖帽层的HEMT器件及制备方法，通过在H2氛围下进行退火处理，可使得显露的p-GaN层与H2反应，形成p-GaN钝化层，从而可避免对p-GaN层的刻蚀，避免p-GaN盖帽层刻蚀不均匀和刻蚀损伤的问题；通过在H2氛围下进行退火处理，可将p-GaN层中的浅能级受主杂质Mg钝化成Mg-H键，降低空穴浓度，从而将p-GaN层转化成高阻的p-GaN钝化层，且这种高阻的p-GaN钝化层可截断HEMT器件中p-GaN层的漏电通道，以提高栅控制能力；由于p-GaN层中的Mg被钝化，p-GaN层中空穴浓度急剧降低，从而p-GaN钝化层可释放其下方位于AlGaN/GaN异质结界面、原先被耗尽的沟道二维电子气；将栅电极以外的p-GaN层转变为高阻的p-GaN钝化层，从而保留下来的较厚的高阻的p-GaN钝化层有利于降低HEMT器件的电流崩塌。附图说明图1显示为本专利技术中制备具有p-GaN盖帽层的HEMT器件的工艺流程示意图。图2显示为本专利技术中外延结构的结构示意图。图3显示为本专利技术中形成对准标记后的结构示意图。图4显示为本专利技术中形成隔离结构后的结构示意图。图5显示为本专利技术中形成图形化的介质层后的结构示意图。图6显示为本专利技术中进行退火处理后的结构示意图。元件标号说明100衬底200缓冲层300GaN沟道层400AlGaN势垒层500p-GaN层501p-GaN盖帽层502p-GaN钝化层600对准标记700隔离结构800介质层具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。本文使用的“介于……之间”表示包括两端点值。在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有p-GaN盖帽层的HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供外延结构，所述外延结构包括GaN沟道层、AlGaN势垒层及p-GaN层；/n形成覆盖所述p-GaN层的介质层；/n图形化所述介质层，以显露部分所述p-GaN层；/n在H

【技术特征摘要】
1.一种具有p-GaN盖帽层的HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供外延结构，所述外延结构包括GaN沟道层、AlGaN势垒层及p-GaN层；
形成覆盖所述p-GaN层的介质层；
图形化所述介质层，以显露部分所述p-GaN层；
在H2氛围下，进行退火处理，且在所述p-GaN层中，显露的所述p-GaN层与H2反应形成Mg-H键，以形成p-GaN钝化层，被所述介质层覆盖的所述p-GaN层形成p-GaN盖帽层。


2.根据权利要求1所述的具有p-GaN盖帽层的HEMT器件的制备方法，其特征在于：所述p-GaN层的厚度为70nm～100nm。


3.根据权利要求1所述的具有p-GaN盖帽层的HEMT器件的制备方法，其特征在于：所述p-GaN层中Mg离子的掺杂浓度为1×E19cm-3～5×E19cm-3。


4.根据权利要求1所述的具有p-GaN盖帽层的HEMT器件的制备方法，其特征在于：所述退火处理的温度为800℃～950℃，所述退火处理的时间为10min～15min。


5.根据权利要求1所述的具有p-GaN盖帽层的HEMT...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙，程静云，商延卫，马旺，陈祖尧，袁理，
申请(专利权)人：聚能晶源青岛半导体材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37