GaNMISHEMT器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种GaN MISHEMT器件及其制作方法。所述制作方法包括：制作外延结构，所述外延结构包括沟道层以及形成在沟道层上的势垒层，且所述AlGaN势垒层与沟道层之间形成有二维电子气；在所述势垒层上原位外延生长二维材料钝化层；在所述二维材料钝化层上形成介质层；以及制作源极、漏极和栅极，其中，所述源极和漏极设置在所述势垒层上并通过所述二维电子气电连接，所述栅极设置在所述介质层上并位于所述源极和漏极之间。本发明专利技术提供的制作方法，在生长完GaN HEMT外延结构后原位生长二维h

【技术实现步骤摘要】
GaN MISHEMT器件及其制作方法


[0001]本专利技术涉及一种HEMT器件，特别涉及一种GaN MISHEMT器件及其制作方法，属于半导体


技术介绍

[0002]二十一世纪以来，全球气候变暖情况凸显，环境污染问题严重，能源危机日益加剧。如何实现高效环保的能源利用成为改善这些问题的关键，而电能作为人类最主要能源之一，在社会生产生活中消耗巨大，因此，提高电力转换系统的转换效率对减少电能的浪费至关重要。GaN HEMT器件由于具有大禁带宽度、高的击穿场强、高电子饱和漂移速度等优异特性，非常适合高频率、高温和大功率应用领域，如无线通讯基站、雷达、汽车电子、电网传输及航天工业等。尽管GaN HEMT器件拥有众多优点，但是由于可靠性问题、栅漏电问题与电流崩塌效应等问题一直限制着它的商业化应用。其中电流崩塌现象主要表现为器件在高频信号的驱动下，输出电流急剧减少，导致输出功率密度和功率附加效率减小。
[0003]当前研究表明，电流崩塌与AlGaN表面的陷阱有关，而GaN MISHEMT的出现，在降低栅漏电的同时提高了器件的栅击穿电压，并且可以一定程度上减少界面陷阱电荷从而抑制电流崩塌效应。GaN MISHEMT器件的介质层材料通常是：SiO2、Si3N4、Al2O3、NiO、HfO2，由于传统的SiO2和Si3N4介质材料介电常数低使器件容易出现直流特性退化，出现饱和电流与跨导减小的现象，Al2O3、HfO2等High
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K材料开始得到越来越多的关注。但是这些GaN MISHEMT介质层的制备通常是在HEMT外延结构生长完成之后，转移至其他设备中二次外延制作形成的，这就不可避免的会受环境和工艺影响在介质层与(Al)GaN之间带来新的界面态，使MISHEMT器件无法有效抑制电流崩塌效应，进而导致器件的动态特性变差。
[0004]请参阅图1，现有技术中公开了利用h
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BN作为单一介质层或将h
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BN插入AlGaN与介质层之间来钝化HEMT器件表面的技术方案，然而，现有技术所公开的MISHEMT器件中的h
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BN是在HEMT外延结构生长完成之后，再通过转移或者二次沉积等方法制备形成，因为h
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BN的二维特性，作为单一介质层的h
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BN存在与GaN结合性差的问题，所以在工艺过程中容易脱落，进而致使器件的良率变差，此外，若用转移或二次沉积的方法制备这种结构，不可避免的会受环境和工艺影响而在h
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BN与AlGaN之间带来新的界面态，进而影响器件性能，无法有效抑制电流崩塌效应，使器件的动态特性变差。
[0005]另外，有研究者曾采用原位生长SiN钝化AlGaN表面，但SiN不具有二维特性，且SiN与h
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BN界面处的固定电荷会严重影响器件的阈值电压。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种GaN MISHEMT器件及其制作方法，以克服现有技术中的不足。
[0007]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：
[0008]本专利技术实施例提供了一种GaN MISHEMT器件的制作方法，包括：
[0009]提供外延结构，所述外延结构包括沟道层以及形成在沟道层上的势垒层，且所述势垒层与沟道层之间形成有二维电子气；
[0010]在所述势垒层上原位外延生长二维材料钝化层；
[0011]在所述二维材料钝化层上形成介质层；以及
[0012]制作源极、漏极和栅极，其中，所述源极和漏极设置在所述势垒层上并通过所述二维电子气电连接，所述栅极设置在所述介质层上并位于所述源极和漏极之间。
[0013]本专利技术实施例还提供了由所述的制作方法制作形成的GaN MISHEMT器件。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的优点包括：
[0015]1)本专利技术实施例提供的一种GaN MISHEMT器件的制作方法，通过原位生长h
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BN钝化层，有效避免了(Al)GaN表面的杂质吸附，利用二维h
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BN优异的电绝缘性能、高导热率、高弹性模量、无悬挂键、无带电杂质等特点可以有效屏蔽AlGaN界面电荷；
[0016]2)本专利技术实施例提供的一种GaN MISHEMT器件的制作方法，在生长完GaN HEMT外延结构后原位生长二维h
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BN作为表面钝化层，然后再二次沉积介质层，可以阻挡表面损伤，屏蔽表面悬挂键，降低界面态密度，进而有效地抑制电流崩塌效应，使器件获得更好的直流特性和动态特性。
附图说明
[0017]图1是现有技术中一种GaN MISHEMT器件的制作工艺原理示意图；
[0018]图2是本专利技术一典型实施案例中提供的一种GaN MISHEMT器件的制作工艺原理示意图；
[0019]图3是本专利技术一典型实施案例中提供的一种GaN MISHEMT器件的结构示意图；
[0020]图4a
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图4f是本专利技术是一典型实施案例中提供的一种GaN MISHEMT器件的制作流程结构示意图。
具体实施方式
[0021]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0022]现有技术中用于制作h
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BN的方法主要包括：固相反应法、微波熔盐法和化学气相沉积法(CVD)等(参见崔世强,阚洪敏,张宁,and茹红强,"六方氮化硼的制备应用及研究进展,"功能材料,vol.51,no.08,pp.8072
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8077,2020)，人们形成了具有惯性思维的固有认知，并尝试用不同方法制备h
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BN并转移制备HEMT，而并没有充分意识到在转移过程中所引入的界面态不仅不会有效发挥h
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BN的作用，反而会影响到h
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BN的可靠性等一系列的器件性能。
[0023]现有技术中制备的MISHEMT器件的MIS结构的界面态问题一直是影响器件性能的重要因素，也一直是研究人员想要解决的问题，故会改进各种二次沉积手段，如沉积前等离子处理(S.Yang et al.,"High
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Quality Interface in Al2O3/GaN/AlGaN/GaN MIS Structures With In Situ Pre
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Gate Plasma Nitridation,"IEEE Electron Device Letters,vol.34,no.12,pp.1497
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1499,2013.)，尽管已有研究人员意识到二次沉积引入的界面态，并尝试从源头上解决该问题，例如，通过MOCVD原位生长介质层、钝化层来解决该技
术问题(胡贵州,"原位生长介质层MIS
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HEMT器件的研究,"硕士,西本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaN MISHEMT器件的制作方法，其特征在于包括：制作外延结构，所述外延结构包括沟道层以及形成在沟道层上的势垒层，且所述AlGaN势垒层与沟道层之间形成有二维电子气；在所述势垒层上原位外延生长二维材料钝化层；在所述二维材料钝化层上形成介质层；以及制作源极、漏极和栅极，其中，所述源极和漏极设置在所述势垒层上并通过所述二维电子气电连接，所述栅极设置在所述介质层上并位于所述源极和漏极之间。2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述二维材料钝化层的材质包括h
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BN、石墨烯、黑磷、石墨型氮化碳、过渡金属二硫属化物和层状双氢氧化物中的任意一种或两种以上的组合。3.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于：所述二维材料钝化层的厚度为1
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50nm。4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于具体包括：采用气相外延生长方式制作所述的外延结构，以及，在所述势垒层上原位生长所述的二维材料钝化层。5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于具体包括：采用原子层沉积或化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：于子呈，张丽，周鑫，徐坤，邓旭光，范亚明，张宝顺，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：