一种增强型GaNHEMT器件制备方法及其外延结构技术

本发明专利技术公开了一种增强型GaN HEMT器件制备方法及其外延结构，增强型氮化镓基高电子迁移率晶体管技术领域，通过在AlGaN势垒层上方生长Si3N4插入层，随后继续生长AlGaN插入层与Si3N4帽层，在通过刻蚀工艺形成窗口后，利用MOCVD生长p

【技术实现步骤摘要】
一种增强型GaN HEMT器件制备方法及其外延结构


[0001]本专利技术属于增强型氮化镓基高电子迁移率晶体管
，尤其涉及一种低刻蚀损伤的增强型GaN HEMT器件制备方法及其外延结构。

技术介绍

[0002]半导体材料的发展历史主要分为三个阶段，分别是第一代、第二代、第三代半导体材料，其代表材料分别为Si、GaAs和GaN。作为第三代宽禁带半导体材料的代表，GaN在禁带宽度、材料击穿场强、电子饱和速度方面拥有其他材料无可比拟的优势。正是由于材料的优秀特性，使研制新一代高性能电力电子器件成为可能。氮化镓基高电子迁移率晶体管(High electron mobility transistor，HEMT)是一种异质结场效应晶体管，被广泛应用在军事、航空航天、通信技术、汽车电子和开关电源等领域，尤其在高功率和高频应用领域正受到广泛关注。常规的GaN HEMT属于耗尽型(Depletion mode，D
‑
mode，也称为常开型)器件，呈现出负阈值电压的特性。在功率半导体器件的诸多应用领域中，具有正阈值电压的增强型(Enhancement mode，E
‑
mode，也称为常关型)晶体管会带来应用上的极大方便甚至是必须的。
[0003]目前增强型HEMT器件主流外延结构自下向上依次为衬底、缓冲层、GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层、P
‑
GaN层。实现上述增强型GaN HEMT器件的主流技术方案是通过栅电极下方的P
‑
GaN层耗尽AlGaN势垒层和GaN通道层之间的二维电子气(2DEG)，从而实现器件的关断，源和漏电极的形成则是在刻蚀掉除栅极外的p
‑
GaN层后，在AlGaN势垒层表面沉积金属电极，但是，专利技术人认为，对p
‑
GaN层的刻蚀过程中会对AlGaN势垒层表面造成较大损伤，通常刻蚀工艺后，使用AFM表征表面粗糙度会发现AlGaN界面粗糙度增加100％甚至更高，并且此增强型HEMT器件需要保证对p
‑
GaN的刻蚀精度：如果AlGaN势垒层表面残留p
‑
GaN，在非栅极区域残留的p
‑
GaN会使二维电子气浓度降低，导致低的器件饱和输出电流，另外残余的p
‑
GaN会参与导电，造成关态漏电流的增大(高达1μA)并且欧姆接触区域残留的p
‑
GaN会导致较大的欧姆接触电阻，使其达到3Ω
·
mm甚至更高；如果出现AlGaN势垒层过刻蚀的现象，即刻蚀未在AlGaN势垒层表面停止，而是继续刻蚀AlGaN势垒层达2nm～5nm甚至更多，AlGaN势垒层过刻蚀则会造成AlGaN/GaN异质结极化产生的二维电子气浓度的降低，约从10
13
/cm2降低至10
11
/cm2，并且电子迁移率也会降低约50％以上，导致正向饱和导通电流较低(仅有100mA/mm)等电学性能下降现象。为此，需要设计出一种增强型GaN HEMT器件制备方法及其外延结构。
[0004]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强理解本公开的背景，并且因此可以包括不构成现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]专利技术人通过研究发现，传统的增强型GaN HEMT器件非常依赖对p
‑
GaN的刻蚀精度，p
‑
GaN的刻蚀残留或对AlGaN势垒层过度刻蚀等刻蚀损伤都会造成二维电子气浓度的降低，
导致HEMT器件的导通电阻增大。
[0006]鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种增强型GaN HEMT器件制备方法及其外延结构，具体技术方案如下：
[0007]一种增强型GaN HEMT器件制备方法，包括以下步骤：在衬底上依次沉积缓冲层，GaN沟道层，AlN插入层，AlGaN势垒层，Si3N4插入层，AlGaN插入层，Si3N4帽层；使用光刻工艺在Si3N4帽层表面定义p
‑
GaN位置，形成刻蚀图形；使用刻蚀工艺刻蚀Si3N4帽层，AlGaN插入层和Si3N4插入层，刻蚀停止于AlGaN势垒层表面，去除顶层光刻胶；使用MOCVD工艺在顶层生长p
‑
GaN层，p
‑
GaN层的掺杂浓度为1E18cm
‑3至1E19cm
‑3，掺杂离子包括Mg
2+
；使用湿法刻蚀工艺去除Si3N4帽层，剥离上道工序在其顶层生长的p
‑
GaN；使用光刻工艺在AlGaN插入层定义源极与漏极位置，形成刻蚀图形；使用刻蚀工艺刻蚀AlGaN插入层，Si3N4插入层，停止于AlGaN势垒层表面，暴露出欧姆接触区域并去除顶层光刻胶；使用光刻工艺与金属蒸镀工艺在欧姆接触区域蒸镀金属，退火后形成欧姆接触；使用光刻工艺与金属蒸镀工艺在栅极肖特基接触区蒸镀金属，形成肖特基接触。
[0008]在本公开的一些实施例中，所述在AlGaN势垒层上沉积Si3N4插入层时的沉积参数为：生长温度950℃～1100℃，压力150mbar～300mbar，采用的气体包括氨气与硅烷，气体流量为100Sccm～500Sccm，气体氛围为氮气氛围。
[0009]在本公开的一些实施例中，所述在AlGaN插入层上沉积Si3N4帽层时的沉积参数为：生长温度950℃～1100℃，压力150mbar～300mbar，采用的气体包括氨气与硅烷，气体流量为100Sccm～500Sccm，气体氛围为氮气氛围。
[0010]在本公开的一些实施例中，所述Si3N4插入层生长厚度为0.5nm～5nm。
[0011]在本公开的一些实施例中，所述Si3N4帽层生长厚度为50nm～100nm。
[0012]在本公开的一些实施例中，所述Si3N4插入层，AlGaN插入层与Si3N4帽层的总厚度大于p
‑
GaN层厚度。
[0013]在本公开的一些实施例中，所述p
‑
GaN层厚度为110nm。
[0014]在本公开的一些实施例中，所述使用刻蚀工艺刻蚀欧姆接触区域时，直至刻蚀AlGaN势垒层上表面深2nm处停止。
[0015]一种增强型GaN HEMT器件的外延结构，由上述任一权利要求所述的制备方法制成。
[0016]相比较现有技术而言，本专利技术具有以下有益效果：
[0017]1.通过在AlGaN势垒层上方生长Si3N4插入层，随后继续生长AlGaN插入层与Si3N4帽层，在通过刻蚀工艺形成窗口后，利用MOCVD生长p
‑
GaN，随后刻蚀源漏金属区域，制作源漏电极，随后制作栅电极，此过程避免了传统E
‑
mode增强型器件制作工艺中p
‑
GaN刻蚀过程对下层AlGaN势垒层的损伤或刻蚀不充分导致p
‑
GaN部分残留；
[0018]2.避免了传统工艺在AlGaN势垒层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强型GaN HEMT器件制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在衬底(1)上依次沉积缓冲层(2)，GaN沟道层(3)，AlN插入层(4)，AlGaN势垒层(5)，Si3N4插入层(6)，AlGaN插入层(7)，Si3N4帽层(8)；使用光刻工艺在Si3N4帽层(8)表面定义p
‑
GaN位置，形成刻蚀图形；使用刻蚀工艺刻蚀Si3N4帽层(8)，AlGaN插入层(7)和Si3N4插入层(6)，刻蚀停止于AlGaN势垒层(5)表面，去除顶层光刻胶；使用MOCVD工艺在顶层生长p
‑
GaN层(9)，p
‑
GaN层(9)的掺杂浓度为1E18cm
‑3至1E19cm
‑3，掺杂离子包括Mg
2+
；使用湿法刻蚀工艺去除Si3N4帽层(8)，剥离上道工序在其顶层生长的p
‑
GaN；使用光刻工艺在AlGaN插入层(7)定义源极与漏极位置，形成刻蚀图形；使用刻蚀工艺刻蚀AlGaN插入层(7)和Si3N4插入层(6)，刻蚀停止于AlGaN势垒层(5)，暴露出欧姆接触区域并去除顶层光刻胶；使用光刻工艺与金属蒸镀工艺在欧姆接触区域蒸镀金属，退火后形成欧姆接触(10)；使用光刻工艺与金属蒸镀工艺在栅极肖特基接触区蒸镀金属，形成肖特基接触(11)。2.根据权利要求1所述的增强型GaN HEMT器件制备方法，其特征在于，所述在AlGaN势垒层(5)上沉积Si3N4插入层(6)时的沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祖尧，
申请(专利权)人：江苏镓宏半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：