【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子领域，具体为一种增强型氮化镓场效应晶体管及其制备方法，具有刻蚀自终止层，可有效提高器件的阈值电压，并保证器件阈值电压等电学性能一致性。
技术介绍
1、因为具有高击穿场、高电子饱和速度以及在易于获得的异质结二维电子气(2deg)通道中的高迁移率，基于宽禁带半导体氮化镓(gan)的功率电子器件正在成为下一代高能效功率转换器的理想候选器件。
2、作为功率开关器件工作时，由于器件高频、高压的工况，器件会受到其漏极、源极及栅极所连的寄生元件影响，产生栅极振铃现象，严重的振铃会致使器件栅极电压超过阈值电压，导致器件误开启或栅极击穿。
3、为保证电力电子系统的安全运行，常关特性是非常必要的，即增强型(e-mode)氮化镓器件的实现。现阶段，常关型高压氮化镓功率器件可以通过p-gan栅极场效应晶体管和具有凹栅结构的金属绝缘体半导体场效应晶体管(misfet)两种方式实现。
4、为实现器件制造的稳定性，在p-gan栅极fet(场效应晶体管)制造工艺中提出了可一种凹栅再生长(trrg)技术，凹栅下方的algan的刻蚀剩余厚度对器件阈值电压的可控性非常重要，但由于干法刻蚀的非选择性，很难将algan的剩余厚度控制在纳米级别，进而导致阈值电压低且不可控的问题。
5、在misfet的制作工艺中，凹栅通过干法刻蚀形成，同样存在因干法刻蚀的非选择性导致的阈值电压均匀性差的问题，k.ota等人提出了一种压电中和技术，在栅极凹槽区域底部形成压电中合层，使得阈值电压的可控性提升，但由于干法刻蚀中高
6、综上所述，目前功率开关器件应用领域，需找到一种工艺一致性高、阈值电压高、阈值电压可控、器件电学性能稳定的氮化镓基异质结场效应晶体管的器件结构及工艺实现方式。
技术实现思路
1、针对上述存在的问题或不足，为解决现有氮化镓基异质结场效应晶体管不能兼具工艺一致性高、阈值电压高、阈值电压可控、器件电学性能稳定的问题，本专利技术提供了一种增强型氮化镓场效应晶体管及其制备方法。本专利技术针对能带工程理论预先生长的多层algan/gan层叠结构，通过引入光电化学刻蚀，并利用光电化学刻蚀光源波长对带隙的选择性，选择性刻蚀部分algan势垒层，得到无因刻蚀工艺引入缺陷的表面，在选择性刻蚀区域再生长p-gan栅极，从而实现器件兼具工艺一致性高、阈值电压高、阈值电压可控、器件电学性能稳定的优点。
2、本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种增强型氮化镓场效应晶体管，包括外延层、钝化层、源极、漏极、栅极、p-gan，p-gan与栅极金属为肖特基接触，源极、漏极金属和半导体之间形成欧姆接触；或，外延层、钝化层、源极、漏极、栅极、栅极介质层，金属和半导体之间形成欧姆接触。
4、所述外延层为从下至上依次层叠的衬底、成核层、缓冲层、沟道层、刻蚀终止层和势垒顶层；其中，刻蚀终止层和势垒顶层均为algan材料，区别在于刻蚀终止层的铝含量大于势垒顶层，使得刻蚀终止层对于选定波长200～365nm的紫外光不能刻蚀，而选定波长的紫外光对势垒顶层可刻。
5、进一步的，所述缓冲层的材料为铝镓氮。
6、进一步的，所述沟道层的材料为氮化镓。
7、进一步的，所述刻蚀终止层和势垒顶层之间还设有一层快速刻蚀层，其材料也为algan且选定波长的紫外光对快速刻蚀层可刻；通过调节快速刻蚀层中的al组分来调控刻蚀速度，并通过调节快速刻蚀层和势垒顶层两者的铝组分含量来控制二维电子气密度，从而获得良好的压电特性。
8、进一步的，所述刻蚀终止层、快速刻蚀层、势垒顶层的厚度分别依次为3nm、4nm、8nm；刻蚀终止层、快速刻蚀层、势垒顶层的铝组分分别依次为0.36、0.2、0.25。
9、进一步的，所述外延材料缓冲层为铝镓氮、氮化镓或宽禁带半导体材料堆叠的超晶格结构。
10、进一步的，所述栅极、源极、漏极的材料为ti、al、ni、au、in和w中的一种或多种组合。
11、上述一种增强型氮化镓场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：
12、步骤1、对外延片清洁并干燥；
13、所述外延片从下至上依次包括衬底、成核层、缓冲层、沟道层、刻蚀终止层和势垒顶层；或，衬底、成核层、缓冲层、沟道层、刻蚀终止层、快速刻蚀层和势垒顶层；
14、步骤2、在势垒顶层上方制备保护层并图形化，以使得保护膜对除栅极刻蚀区域外的形貌完全密封覆盖；
15、步骤3、将步骤2所得外延片放置于光电化学刻蚀反应液中，通过选择波长为λ＝200～365nm的平行紫外光照射外延片刻蚀区域，同时外加偏置电压，对外延片进行光电化学刻蚀，直至未密封覆盖区域被刻蚀至刻蚀终止层，形成对应的凹槽结构，其余密封覆盖区域位置则保持不被刻蚀；
16、由于进行光电化学刻蚀所用平行紫外光的波长为200～365nm，可对algan材料中al组分含量不同的algan进行刻蚀，对于alxga1-xn，0<x<1，x越大，刻蚀所需的光波长越小。刻蚀终止层、快速刻蚀层和势垒顶层中al组分的含量，必须满足刻蚀终止层的铝含量大于快速刻蚀层和势垒顶层，从而保证特定波长的紫外光可以刻蚀快速刻蚀层和势垒顶层，不能刻蚀刻蚀终止层。
17、步骤4、将步骤3刻蚀后的外延片去除保护层，以得到图形化的半导体外延片；
18、步骤5、对步骤4所得半导体外延片的凹槽区域使用薄膜生长技术：
19、利用p-gan再生长技术淀积栅极p-gan区域，清洗后，并生长钝化层；
20、或，生长钝化层后淀积栅极介质层；
21、步骤6、对步骤5得到的外延片光刻出源极和漏极开窗，淀积金属并进行快速热退火，在金属和半导体之间形成欧姆接触；
22、步骤7、对步骤6所得外延片上：
23、在p-gan再生长区上淀积金属光刻出栅极形成肖特基栅极接触，即完成高阈值电压gan hfet器件的制备；
24、或，在栅极介质层上淀积金属光刻出栅极，即完成高阈值电压gan hfet器件的制备。
25、进一步的，所述步骤3中光电化学刻蚀为电化学工作站进行外加偏压对外延片进行光电化学刻蚀，或使用无电极的光电化学刻蚀。
26、综上所述，本专利技术针对能带工程理论设计不同厚度、不同铝组分的刻蚀终止层、快速刻蚀层、势垒顶层，并配合特定波长的光源照射，根据光电化学刻蚀机理的带隙选择性实现光电化学刻蚀的自终止，并最终在凹槽结构上再生长p-gan层或栅极介质层实现增强型氮化镓异质结场效应晶体管。本专利技术解决了本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种增强型氮化镓场效应晶体管，其特征在于：
2.如权利要求1所述增强型氮化镓场效应晶体管，其特征在于：所述缓冲层的材料为铝镓氮。
3.如权利要求1所述增强型氮化镓场效应晶体管，其特征在于：所述沟道层的材料为氮化镓。
4.如权利要求1所述增强型氮化镓场效应晶体管，其特征在于：所述刻蚀终止层和势垒顶层之间还设有一层快速刻蚀层，其材料也为AlGaN且选定波长的紫外光对快速刻蚀层可刻；通过调节快速刻蚀层中的Al组分来调控刻蚀速度，并通过调节快速刻蚀层和势垒顶层两者的铝组分含量来控制二维电子气密度，从而获得良好的压电特性。
5.如权利要求4所述增强型氮化镓场效应晶体管，其特征在于：所述刻蚀终止层、快速刻蚀层、势垒顶层的厚度分别依次为3nm、4nm、8nm；刻蚀终止层、快速刻蚀层、势垒顶层的铝组分分别依次为0.36、0.2、0.25。
6.如权利要求1所述增强型氮化镓场效应晶体管，其特征在于：所述外延材料缓冲层为铝镓氮、氮化镓或宽禁带半导体材料堆叠的超晶格结构。
7.如权利要求1所述增强型氮化镓场效应晶体管，其特征在
8.如权利要求1所述增强型氮化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.如权利要求8所述增强型氮化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤3中光电化学刻蚀为电化学工作站进行外加偏压对外延片进行光电化学刻蚀，或使用无电极的光电化学刻蚀。
...【技术特征摘要】
1.一种增强型氮化镓场效应晶体管，其特征在于：
2.如权利要求1所述增强型氮化镓场效应晶体管，其特征在于：所述缓冲层的材料为铝镓氮。
3.如权利要求1所述增强型氮化镓场效应晶体管，其特征在于：所述沟道层的材料为氮化镓。
4.如权利要求1所述增强型氮化镓场效应晶体管，其特征在于：所述刻蚀终止层和势垒顶层之间还设有一层快速刻蚀层，其材料也为algan且选定波长的紫外光对快速刻蚀层可刻；通过调节快速刻蚀层中的al组分来调控刻蚀速度，并通过调节快速刻蚀层和势垒顶层两者的铝组分含量来控制二维电子气密度，从而获得良好的压电特性。
5.如权利要求4所述增强型氮化镓场效应晶体管，其特征在于：所述刻蚀终止层、快速刻蚀层、势垒顶层的厚度分别依次...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜江锋，赵亚鹏，胡津玮，欧阳梓沅，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。