[发明专利]基于高K材料的叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件

说明书

本发明公开了一种基于高K材料的叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件。其自下而上包括：衬底(1)、AlN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlGaN势垒层(4)和栅介质层(5)，AlGaN势垒层的两端分别为源级(7)和漏级(8)，栅介质层(5)的上部为栅极(6)，该栅介质层(5)自下而上包括Al₂O₃过渡层(501)和介电常数大于Al₂O₃的高K介质层(502)。该高K叠栅介质结构设计增加了栅介质与AlGaN势垒层的导带偏移量，提高栅介质的介电常数，增强栅电容对沟道电子的控制力，有效减小了栅极泄漏电流，提高了器件的工作电压，改善了器件的功率特性，可用于高频大功率电路。

技术领域

本发明属于GaN宽禁带半导体技术领域，特别涉及一种叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件，可用于无线通讯和雷达设备的高频大功率电路。

背景技术

无线通信技术的发展对微波功率器件提出了更高的要求。相比于其他材料，GaN的禁带宽度大，电子饱和速度高，热传导性好，非常适合应用于高温、高频和大功率环境下。

AlGaN/GaN高电子迁移率器件HEMT在高频大功率的应用领域已经取得了很大的发展，但是HEMT器件存在的栅极泄漏电流和电流崩塌现象严重影响了器件性能，限制了其的应用范围。引入MOS结构，一方面可以显著降低HEMT器件的栅极泄漏电流，提高器件饱和漏电流；另一方面在AlGaN上生长一层高质量的栅介质可以起到钝化作用，从而降低了电流崩塌效应。

随着器件特征尺寸不断缩小，栅氧化层厚度按比例缩小，引起量子隧穿效应。选取高K材料作为栅介质成为目前MOS-HEMT发展的趋势，高K材料拥有较高的介电常数使得其与SiO₂拥有同样栅电容时，其厚度远高于SiO₂，降低了隧穿效应发生几率。在与SiO₂厚度相同的情况下，高K材料使栅电容增大很多，增强了器件的栅控能力。高K材料作为栅介质直接与AlGaN势垒层相接触，由于其禁代宽度往往比较小而存在较小的导带不连续性，导致栅极泄漏电流依然存在。另外高K材料与AlGaN势垒层的界面问题以及表面钝化特性也是限制其应用的主要原因。对MOS-HEMT器件栅介质的基本要求是，高的介电常数，大的禁带宽度，大的导带偏移量，高质量的界面和低的界面态密度。由于高K材料作为栅介质直接与AlGaN势垒层相接触，存在着导带偏移量低，界面质量低和界面态密度高等问题，使得不能直接将高K材料作为AlGaN/GaN的MOS-HEMT器件的栅介质。因此需要对高K介质材料与AlGaN势垒层的界面质量进行改进，以增加导带偏移量，降低界面态密度，从而改善器件性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种高K叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件，以降低常规HEMT器件的栅极泄漏电流，增强器件的栅控能力，增加栅介质材料与AlGaN势垒层的导带偏移量，提高栅介质材料与AlGaN势垒层的界面质量。

本发明的技术方案是这样实现的：

1.基于高K材料的叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件，自下而上包括：衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlGaN势垒层、栅介质层，源级和漏级分别位于AlGaN势垒层的两端，栅极位于栅介质层的上部，其特征在于：

栅介质层包括：Al₂O₃过渡层和介电常数大于Al₂O₃介电常数的高K介质层,该高K介质层位于Al₂O₃过渡层的上部，用于提高栅控能力。

2.一种基于高K材料的叠栅AlGaN/GaN高电子迁移率MOS器件的制作方法，包括如下步骤：

1)选用衬底并进行标准RCA清洗；