[发明专利]GaN基增强型MOS-HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明提供一种GaN基增强型MOS‑HEMT器件及其制备方法，从下至上依次包括：Si衬底、GaN层、AlGaN层、钝化层、处于栅下AlGaN层中由金属钽与AlGaN层反应生成的合金化合物，合金化合物上侧覆盖有氧化钽栅介质层，金属钽与AlGaN层反应生成的合金化合物是通过在氮气环境下高温退火使氧化钽栅介质层下的AlGaN层上表面部分与钽金属反应生成的，产生类似栅槽刻蚀的作用从而实现增强型HEMT，合金化合物生成后剩余的钽金属在氧气环境高温氧化生成氧化钽栅介质层，形成氧化钽栅介质的MOS‑HEMT；本发明避免了高精度干法刻蚀GaN基材料的复杂工艺，避免了等离子刻蚀栅凹槽过程对晶格造成损伤，具有简化工艺、可操作性高、提高器件性能等特点。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种GaN基增强型MOS-HEMT器件及其制备方法。

背景技术

第三代宽禁带半导体材料GaN具有宽禁带、高临界击穿场强、高电子饱和漂移速度、高热导率等优异特点，能够满足下一代半导体功率器件对大功率、高频、高速、小体积的要求，特别适用于未来功率电子。AlGaN/GaN异质结结构通过自发极化和压电极化产生高浓度的二维电子气(2DEG)，使得AlGaN/GaN功率器件具有电流密度大、导通电阻低、功率密度大等优点。

AlGaN/GaN异质结虽然具有的种种优势，但AlGaN/GaN异质结器件由于自发极化和压电极化效应，AlGaN/GaN HEMT器件通常为耗尽型器件。要使耗尽型器件关断就需要在栅电极施加负压偏置，在电路应用中会增加功耗和设计复杂程度，同时为保证失效安全性的要求，所以需要实现增强型氮化镓器件。由于AlGaN/GaN异质结中较强的极化电荷的存在，使得制备GaN基增强型器件特别的困难，因此对GaN基增强型器件的研究具有重要意义。

为了实现GaN增强型器件，需要减弱或者完全消除栅极区域的极化效应，从而降低二维电子气(2DEG)。其中一种方法就是采用凹槽技术。凹槽技术一般是利用干法刻蚀去掉栅极下的势垒层AlGaN，减薄势垒层AlGaN厚度，降低栅极以下的沟道二维电子气密度，从而使器件阈值电压向正方向移动，当阈值电压大于零时，器件变为增强型。此外还有P型氮化镓以及栅极区域氟离子注入等方式实现增强型器件。但是现有的实现增强型氮化镓器件的方法中，工艺较为复杂，可控制性和操作性一般较差，这限制了氮化镓器件的生产和应用。

发明内容

本发明的目的，就是针对目前氮化镓基增强型制备工艺中存在的缺点，提出一种GaN基增强型MOSHEMT器件及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种GaN基增强型MOS-HEMT器件，从下至上依次包括：Si衬底、GaN层、AlGaN层、以及位于整个器件表面的钝化层，源极金属化接触与漏极金属化接触分别位于器件左右两侧的AlGaN层的上表面，且源极金属化接触与漏极金属化接触的上方分别对钝化层开孔形成源极欧姆接触孔与漏极欧姆接触孔，金属钽与AlGaN层反应生成的合金化合物处于栅处AlGaN层中，所述合金化合物上侧覆盖有金属钽与氧气反应生成的氧化钽栅介质层，所述氧化钽栅介质层上侧为金属化栅极，同时所述合金化合物与氧化钽栅介质层的横向尺寸也与金属化栅极保持一致。

作为优选方式，所述金属钽与AlGaN层反应生成的合金化合物是通过在氮气环境下高温退火使氧化钽栅介质层下的AlGaN层上表面的部分AlGaN与钽金属反应生成的，产生类似栅槽刻蚀的作用从而实现增强型HEMT，生成合金化合物的反应结束后剩余的钽金属在氧气环境高温氧化生成氧化钽栅介质层，形成氧化钽栅介质的MOS-HEMT。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种上述GaN基增强型MOS-HEMT器件的制备方法，包括如下步骤：

1)在氮化镓基材料表面光刻出有源区图形，刻蚀出有源区，形成有源区和非有源区隔离；

2)在有源区光刻出源、漏欧姆接触图形，并淀积欧姆金属，通过剥离、退火，形成欧姆接触电极；