具有阻挡层的p-GaN栅HEMT器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有阻挡层的p

【技术实现步骤摘要】
具有阻挡层的p
‑
GaN栅HEMT器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种HEMT器件，具体涉及一种具有等离子体处理阻挡层的p
‑
GaN栅HEMT器件及其制备方法，属于半导体器件


技术介绍

[0002]第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的导热率、更高的抗辐射能力、更大的电子饱和漂移率等特性。氮化物半导体作为重要的第三代半导体材料，其禁带宽度大，电子迁移率高，高击穿电场，电子饱和漂移速度高，广泛应用于工业、电力系统、交通运输、通讯、消费电子等领域。
[0003]AlGaN/GaN半导体异质结因为自发极化和压电极化可以形成高浓度(＞10
13
cm
‑2)和高电子迁移率(＞103cm2/V
·
s)的二维电子气。基于氮化物半导体异质结的这一特性制备的高电子迁移率晶体管(HEMT)作为功率开关器件，它的工作频率可以达到10MHz。耗尽型HEMT需要在栅极施加负偏置来耗尽栅极下的二维电子气，才能将HEMT关断，这样会增加电路设计的复杂性，因此在电路中需要增强型的HEMT。p
‑
GaN栅结构是实现增强型器件的一种方法，通过对栅漏和栅源之间的p
‑
GaN层进行氢等离子体处理，使p
‑
GaN层转变为高阻层，从而在AlGaN/GaN异质结沟道中会重新形成二维电子气，而栅下未经等离子体处理的p
‑
GaN层和n
‑
A1GaN势垒层形成p/>‑
n结，利用p
‑
n结形成空间电荷区耗尽栅下的二维电子气，由此阻断源漏之间的导通，进而实现增强型HEMT器件。
[0004]利用氢等离子体处理实现增强型HEMT器件可以避免刻蚀p
‑
GaN技术方案中A1GaN势垒层受到的刻蚀损伤，然而，通过氢等离子体钝化p
‑
GaN层的方案存在以下问题：
①
氢等离子体处理工艺会在p
‑
GaN层表面引入等离子体损伤，产生晶格缺陷，引入大量表面态，导致器件产生严重的表面漏电，增加关态损耗；
②
氢等离子体处理工艺功率难以控制，功率过大会导致更多的表面等离子体损伤，以及过大的氢等离子体注入深度，影响二维电子气沟道中电子的输运特性，降低输出电流密度，引发较严重的电流回滞效应。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种具有等离子体处理阻挡层(如下简称阻挡层)的p
‑
GaN栅HEMT器件及其制备方法，以克服现有技术的不足。
[0006]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：
[0007]本专利技术的一个方面提供了一种具有阻挡层的p
‑
GaN栅HEMT器件的制备方法，包括：
[0008]制作外延结构的步骤，所述外延结构包括沿指定方向依次设置的第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层，所述第一半导体层与第二半导体层配合形成异质结，所述第三半导体层用于耗尽所述异质结中位于第三半导体层下方的二维电子气；以及
[0009]制作与所述外延结构配合的源极、漏极和栅极的步骤；
[0010]进一步的，所述制备方法还包括：
[0011]在所述外延结构上设置阻挡层，并使所述阻挡层至少覆盖所述第三半导体层的栅
源区域和栅漏区域，之后采用等离子体对所述第三半导体层进行处理，以将所述第三半导体层的栅源区域和栅漏区域内的半导体材料转化为高阻材料。
[0012]本专利技术的另一方面还提供了一种采用上述方法制成的p
‑
GaN栅HEMT器件。
[0013]与现有技术相比，本专利技术提供的p
‑
GaN栅HEMT器件的制备方法，可以实现可控性较高的等离子体处理工艺，同时可以有效减小等离子体处理对器件带来的注入损伤，降低器件关态漏电、提升输出电流密度。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1是现有技术中一种具有高阻帽层的p
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GaN栅增强型HEMT器件的结构示意图；
[0016]图2是本专利技术一典型实施例中提供的一种具有阻挡层及高阻帽层p
‑
GaN栅增强型HEMT器件的结构示意图；
[0017]图3a至图3f示出了本专利技术一典型实施例中提供的一种具有阻挡层的p
‑
GaN栅增强型HEMT器件的制备流程示意图；
[0018]图4a至图4d分别示出了本专利技术一典型实施例中提供的一种具有阻挡层的p
‑
GaN栅增强型HEMT器件的转移、输出、耐压、动态特性测试结果。
具体实施方式
[0019]鉴于现有技术的缺陷，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、其实施过程及原理作进一步解释说明。
[0020]本专利技术的一些实施例提供的一种具有阻挡层的p
‑
GaN栅HEMT器件的制备方法包括：
[0021]制作外延结构的步骤，所述外延结构包括沿指定方向依次设置的第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层，所述第一半导体层与第二半导体层配合形成异质结，所述第三半导体层用于耗尽所述异质结中位于第三半导体层下方的二维电子气；以及
[0022]制作与所述外延结构配合的源极、漏极和栅极的步骤；
[0023]并且，所述制备方法还包括：
[0024]在所述外延结构上设置阻挡层，并使所述阻挡层至少覆盖所述第三半导体层的栅源区域和栅漏区域，之后采用等离子体对所述第三半导体层进行处理，以将所述第三半导体层的栅源区域和栅漏区域内的半导体材料转化为高阻材料。
[0025]其中，所述外延结构可以是选用MOCVD、PECVD、MBE等方式在衬底上生长形成。所述衬底可以是蓝宝石衬底、硅衬底、氮化镓单晶衬底等，且不限于此。
[0026]在一个实施例中，所述的制备方法具体包括：先在所述外延结构层上制作源极、漏极、栅极，之后设置所述阻挡层，并使所述阻挡层连续覆盖所述源极、漏极、栅极及第三半导体层。
[0027]在一个实施例中，所述第一半导体层为该HEMT器件的沟道层，其材质可以是GaN或
其它III
‑
V族化合物。
[0028]在一个实施例中，所述第二半导体层为该HEMT器件的势垒层，其材质可以是A1GaN或其它III
‑
V族化合物。
[0029]在一个实施例中，所述第三半导体层为该HEMT器件的盖帽层，其材质可以是p
‑
GaN或其它p型III...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有阻挡层的p
‑
GaN栅HEMT器件的制备方法，包括：制作外延结构的步骤，所述外延结构包括沿指定方向依次设置的第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层，所述第一半导体层与第二半导体层配合形成异质结，所述第三半导体层用于耗尽所述异质结中位于第三半导体层下方的二维电子气；以及制作与所述外延结构配合的源极、漏极和栅极的步骤；其特征在于，所述制备方法还包括：在所述外延结构上设置阻挡层，并使所述阻挡层至少覆盖所述第三半导体层的栅源区域和栅漏区域，之后采用等离子体对所述第三半导体层进行处理，以将所述第三半导体层的栅源区域和栅漏区域内的半导体材料转化为高阻材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体包括：先在所述外延结构层上制作源极、漏极、栅极，之后设置所述阻挡层，并使所述阻挡层连续覆盖所述源极、漏极、栅极及第三半导体层。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述阻挡层的厚度为2～10nm；和/或，所述阻挡层的材质选自绝缘材料。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体包括：采用物理和/或化学气相沉积方式在所述外延结构表面形成所述阻挡层。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体包括：采用等离子体对所述第三半导体层进行处理后，再将形成的器件结构于350～450℃退火处理3～10min，从而将所述第三半导体层的栅源区域和栅漏区域内的半导体材料转化为高阻材料。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述等离子体包括氢等离子体、氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：于国浩，黄兴杰，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：