[发明专利]一种双凹槽场板结构氮化物高电子迁移率晶体管制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件的制造方法，特别涉及一种凹槽栅场板结构铝镓氮化合物(AlGaN)/氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)的制造方法。

背景技术

固态化即采用半导体固态器件是微波功率放大器的发展趋势，采用半导体固态器件能够有效的减小诸如雷达等系统的体积，并提高可靠性。基于Si和GaAs等传统半导体的电子器件在输出功率密度、耐高温及抗辐射等方面都受到很大限制，因而需要寻找新型半导体材料来替代Si和GaAs等。GaN属于新型宽带隙半导体材料，基于它的AlGaN/GaN HEMT在输出功率密度、耐高温及抗辐射上与基于Si和GaAs的器件相比具有相当大的优势，因而AlGaN/GaN HEMT近年来成为国际上研究的热点。

从Khan等人公开第一只具有直流特性的AlGaN/GaN HEMT(Khan et al.Applied Physics Letters，vol.63，no.9，pp.1214-1215，1993.)和第一只具有微波特性的AlGaN/GaN HEMT(Khan et al.Applied Physics Letters，Vol.65，no.9，pp.1121-1123，Aug.1994.)以来，AlGaN/GaN HEMT器件性能特别是微波功率输出能力得到飞速提高。目前，公开的小尺寸AlGaN/GaN HEMT在X波段的输出功率密度可达30W/mm以上(Wu et al.IEEE Electron Device Lett.，Vol.25，No.3，pp.117-119，2004.)，甚至在毫米波段也能达到10W/mm以上(Palacios et al.IEEE Electron Device Lett.，Vol.26，No.11，pp.781-783，2005.)，AlGaN/GaN HEMT性能得到飞速提高的原因包括材料质量的提高和器件工艺的改进，特别是各种新器件结构的采用。

为提高器件性能，场板结构被应用到了AlGaN/GaN HEMT的制造中(Ando et al.IEEE Electron Device Lett.，Vol.24，No.5，pp.289-291，2003.)，场板结构将降低器件沟道中靠漏一侧的电场强度，从而能够提高器件击穿电压同时抑制器件的电流崩塌，电流崩塌是影响AlGaN/GaN微波功率性能发挥的一个重要原因。参照图1所示为一种常用的采用场板结构的AlGaN/GaN HEMT，该HEMT包括半绝缘SiC衬底101，在衬底上依次通过金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)或其他合适外延方法外延生长的AlN成核层102、GaN缓冲层103及势垒层104，在GaN缓冲层103和势垒层104界面靠近GaN缓冲层103形成二维电子气(2DEG)层105，源欧姆接触电极106以及漏欧姆接触电极107制作在势垒层104上，位于势垒层104上方带有场板结构栅电极109，以及位于源、漏欧姆接触电极之间的势垒层104上的钝化介质层108。

场板结构的引入提高了AlGaN/GaN HEMT的性能，但是不利的一面是增加了栅漏间的反馈电容，这将降低器件功率增益，为补偿场板引入导致的增益降低，日本NEC公司引入了凹槽栅来增大器件的跨导(Okamoto et al.IEEE Trans.Microw.Theory Tech.，Vol.52，No.11，pp.2536-2540.)，从而提高器件的增益，以弥补场板结构引入所带来的增益下降问题。图2所示为一种常用的采用了凹槽栅和场板结构的AlGaN/GaN HEMT，该HEMT包括半绝缘SiC衬底201，在衬底上依次通过金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)或其他合适外延方法外延生长的AlN成核层202、GaN缓冲层203及势垒层204，在GaN缓冲层203和势垒层204界面靠近GaN缓冲层203形成二维电子气(2DEG)层205，源欧姆接触电极206以及漏欧姆接触电极207制作在势垒层204上，带场板栅电极209位于在势垒层204上形成的凹槽上，并与凹槽的两侧壁相连，钝化介质层208位于源、漏欧姆接触电极之间的势垒层204上。