一种氮化镓晶体管器件及其制备方法技术

一种氮化镓晶体管器件及其制备方法，包括由下至上设置的衬底、GaN层、AlGaN层和源漏栅电极结构，源极、漏极设于AlGaN层两侧，栅极设于源极和漏极之间，其特征在于：该AlGaN层的上表面氧化形成若干相互平行且间隔分布的隔离道，隔离道长度方向一端与漏极相连，另一端与源极间隔设置，栅极设于AlGaN层上表面，其长度方向与隔离道相互垂直。本发明专利技术通过氧化AlGaN的方式实现纳米沟道，无需蚀刻避免刻蚀引入的均匀性、重复性和损伤的风险，能有效减小寄生电容的影响，提高器件的频率特性。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓晶体管器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件领域，特别是指一种氮化镓晶体管器件及其制备方法。
技术介绍
作为重要的第三代宽禁带半导体材料，氮化镓(GaN)禁带宽度大(3.4eV)，击穿场强高(>3MV/cm)，AlGaN/GaN异质结中的二维电子气(2DEG)浓度高(>1013cm-2)，电子饱和速度高(2.8x107cm/s)，且GaN材料的化学惰性和温度稳定性好，因此，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)能够获得很高的击穿电压、功率密度以及较高的工作频率，且开关损耗非常小。传统的GaN器件多为平面结构，也有报道一些其他的结构如纳米沟道器件，纳米沟道器件有很多优势，如单条沟道中的电流相比传统器件小得多，所以散热要比传统器件好，可以很好的抑制传统异质结场效应晶体管中存在的自热效应，目前纳米沟道器件的实现方法大多是采用蚀刻的方式实现。例如一种基于横向沟道调制的GaN基增强型场效应晶体管，自下而上包括衬底、AlN成核层、GaN缓冲层和AlGaN势垒层，AlGaN势垒层的两端设有源电极和漏电极，AlGaN势垒层和GaN缓冲层上均设有多条纳米线沟道，沟道之间通过隔离区隔开，AlGaN势垒层上设有凹槽栅电极等。该多条纳米线沟道是通过在AlGaN势垒层表面用电子束光刻机光刻源极与漏极之间的有源区，形成由条状隔离区图形和条状纳米线沟道图形按周期性排列的图案。这种方式会引入蚀刻损伤，对工艺的稳定性与重复性要求极高，同时，蚀刻损伤带来的沟道侧壁2DEG的耗尽，使得实际器件的沟道宽度无法得到有效的控制。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的GaN器件的纳米沟道通常采用蚀刻的方式实现，工艺要求极高且带来了蚀刻损伤的缺陷，提出一种氮化镓晶体管器件及其制备方法，通过氧化AlGaN的方式实现纳米沟道，无需蚀刻避免刻蚀引入的均匀性、重复性和损伤的风险，能有效减小寄生电容的影响，提高器件的频率特性。本专利技术采用如下技术方案：一种氮化镓晶体管器件，包括由下至上设置的衬底、GaN层、AlGaN层和源漏栅电极结构，源极、漏极设于AlGaN层两侧，栅极设于源极和漏极之间，其特征在于：该AlGaN层的上表面氧化形成若干相互平行且间隔分布的隔离道，隔离道长度方向一端与漏极相连，另一端与源极间隔设置，栅极设于AlGaN层上表面，其长度方向与隔离道相互垂直。优选的，所述隔离道的宽度范围：1nm-1000nm。优选的，所述隔离道的厚度大于1nm。优选的，所述隔离道为Ga2O3。优选的，还包括有钝化层，该钝化层沉积于所述AlGaN层表面，所述栅极贯穿钝化层与AlGaN层欧姆接触。优选的，所述衬底为硅、碳化硅或蓝宝石。优选的，所述GaN层包括有GaN缓冲层和GaN沟道层，GaN缓冲层生长于衬底表面，该GaN沟道生长于GaN缓冲层表面且与所述AlGaN层形成所述AlGaN/GaN异质结。一种氮化镓晶体管器件的制备方法，其特征在于：包括如下步骤1)在衬底上依次生长GaN层和AlGaN层，该GaN层和AlGaN层形成有AlGaN/GaN异质结；2)在AlGaN层上定义有源区，在有源区两侧制作源极和漏极；3)在AlGaN层表面定义出相互平行且间隔分布的隔离道区域，将隔离道区域热氧化成Ga2O3，未氧化部分被分隔为若干纳米沟道，该纳米沟道与隔离道为交替排列；4)在AlGaN层表面定义出栅极区域，并制作栅极。优选的，步骤3)中，沉积SiN或SiO2覆盖AlGaN层上表面，形成掩膜，刻蚀开口定义出隔离道区域，热氧化条件为：温度范围650℃-850℃，气体包括O2和N2，时间为20-30min。优选的，步骤4)中，先采用光刻技术在纳米沟道和隔离道表面定义出栅极区域，再采用金属蒸发方法制备栅极金属，剥离完成后形成栅极。由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术的器件，将AlGaN层局部热氧化形成若干平行间隔分布的隔离道，未氧化部分构成若干平行间隔分布的纳米沟道，该纳米沟道与隔离道为交替排列，避免刻蚀引入的均匀性、重复性和损伤的风险，能有效减小寄生电容的影响，提高器件的频率特性。2、本专利技术的器件，源极和漏极之间热氧化形成的纳米沟道，单条沟道中的电流相比穿传统器件小得多，所以散热要比传统器件好，可以很好的抑制传统异质结场效应晶体管中存在的自热效应，同时源极附近的GaN和AlGaN并未被氧化，使得器件在工作状态下有更大的电流驱动能力。3、本专利技术的方法，采用热氧化工艺在AlGaN层上制作隔离道和纳米沟道，无需进行刻蚀，工艺流程更为简单，减少刻蚀损伤，且改善器件内部的电场分布，形成一种调控器件内部电场的GaN器件技术，提高器件的击穿电压，抑制了电流崩塌。4、本专利技术还设置有钝化层，用于保护EPI表面，减小漏电、降低界面太、增大栅压摆幅等。附图说明图1为本专利技术结构图(无钝化层)；图2为本专利技术俯视图(无钝化层)；图3为本专利技术剖视图(无钝化层)；图4为本专利技术剖视图(有钝化层)；图5为本专利技术方法流程图；其中：10、衬底，20、GaN层，30、AlGaN层，31、纳米沟道，32、隔离道，40、钝化层，50、源极，60、漏极，70、栅极。以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详述。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的描述。参见图1，本专利技术提出一种氮化镓晶体管器件，包括由下至上设置的衬底10、GaN层20、AlGaN层30和源漏栅电极结构，该GaN层20和AlGaN层30之间形成有AlGaN/GaN异质结，该源极50和漏极60与AlGaN层30欧姆接触，该AlGaN层30的源极50和漏极60之间局部热氧化形成若干平行间隔分布的隔离道32，隔离道32长度方向一端与漏极60相连，另一端与源极50间隔设置，栅极70设于AlGaN层30上表面，其长度方向与隔离道32相互垂直。其中，未氧化部分被分隔成平行间隔分布的纳米沟道31，该纳米沟道31与隔离道32为交替排列。本专利技术中，衬底10、GaN层20和AlGaN层30构成的外延结构为传统的AlGaN/GaN的结构。该衬底10可采用硅、碳化硅或蓝宝石，衬底的厚度可根据需要设定，例如可为500μm，但不限于此。GaN层20的厚度大于AlGaN层30的厚度。其中，GaN层20可以是单层结构，也可以是多层结构。例如：GaN层20包括有GaN缓冲层和GaN沟道层，GaN缓冲层生长于衬底表面，其厚度范围1.5μm～2μm，该GaN沟道生长于GaN缓冲层表面，其厚度范围80nm～120nm。该AlGaN层30作为势垒层可与GaN缓冲层形成AlGaN/GaN异质结。源极50和漏极60位于AlGaN层30两侧，栅极70位于源极50和漏极60之间，可靠近源极50。其中，AlGaN层30两侧可以是器件左右两侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化镓晶体管器件，包括由下至上设置的衬底、GaN层、AlGaN层和源漏栅电极结构，源极、漏极设于AlGaN层两侧，栅极设于源极和漏极之间，其特征在于：该AlGaN层的上表面氧化形成若干相互平行且间隔分布的隔离道，隔离道长度方向一端与漏极相连，另一端与源极间隔设置，栅极设于AlGaN层上表面，其长度方向与隔离道相互垂直。/n

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓晶体管器件，包括由下至上设置的衬底、GaN层、AlGaN层和源漏栅电极结构，源极、漏极设于AlGaN层两侧，栅极设于源极和漏极之间，其特征在于：该AlGaN层的上表面氧化形成若干相互平行且间隔分布的隔离道，隔离道长度方向一端与漏极相连，另一端与源极间隔设置，栅极设于AlGaN层上表面，其长度方向与隔离道相互垂直。


2.如权利要求1所述的一种氮化镓晶体管器件，其特征在于：所述隔离道的宽度范围：1nm-1000nm。


3.如权利要求1所述的一种氮化镓晶体管器件，其特征在于：所述隔离道的厚度大于1nm。


4.如权利要求1所述的一种氮化镓晶体管器件，其特征在于：所述隔离道为Ga2O3。


5.如权利要求1所述的一种氮化镓晶体管器件，其特征在于：还包括有钝化层，该钝化层沉积于所述AlGaN层表面，所述栅极贯穿钝化层与AlGaN层欧姆接触。


6.如权利要求1所述的一种氮化镓晶体管器件，其特征在于：所述衬底为硅、碳化硅或蓝宝石。


7.如权利要求1所述的一种氮化镓晶体管器件，其特征在于：所述GaN层包括有GaN缓冲层和GaN沟道层，GaN缓冲层...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，林科闯，孙希国，刘胜厚，蔡仙清，卢益锋，
申请(专利权)人：厦门市三安集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35