[发明专利]一种高性能常关型的GaN场效应晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种高性能常关型的GaN场效应晶体管，其特征在于，包括由下往上依次包括衬底（1），应力缓冲层（2），GaN沟道层（3），原位刻蚀接入区的GaN沟道层后生长二次外延层（4），去除栅极掩膜形成凹槽栅结构并在表面沉积一层栅介质层（5），器件两端去除栅介质层（5）并形成源极（6）和漏极（7），凹槽栅极区域的栅介质层（5）上覆盖有栅极（8）。

2.根据权利要求1所述的一种高性能常关型的GaN场效应晶体管，其特征在于：所述的衬底（1）为蓝宝石衬底、碳化硅衬底、硅衬底、氮化镓自支撑衬底中的任一种。

3.根据权利要求1所述的一种高性能常关型的GaN场效应晶体管，其特征在于：所述的应力缓冲层（2）为AlGaN、GaN、AlN的任一种或组合；应力缓冲层厚度为100nm~10μm。

4.根据权利要求1所述的一种高性能常关型的GaN场效应晶体管，其特征在于：所述的GaN沟道层（3）为非故意掺杂的GaN沟道层或掺杂的高阻GaN沟道层，所述掺杂高阻层的掺杂元素为碳或铁；在凹槽区域下的GaN沟道层厚度为100nm~20μm，相比较下接入区下的GaN沟道层厚度减少10~50nm。

5.根据权利要求1所述的一种高性能常关型的GaN场效应晶体管，其特征在于：所述的二次外延层（4）为AlGaN/GaN异质结，AlGaN层厚度为10~50nm，其中铝组分的浓度可变化，GaN层厚度为10~500nm。

6.根据权利要求1所述的一种高性能常关型的GaN场效应晶体管，其特征在于：所述的凹槽栅结构通过原位刻蚀接入区的GaN沟道层（3）去除表面玷污并生长二次外延层（4）来形成，呈现U型或梯形结构。

7.根据权利要求6所述的一种高性能常关型的GaN场效应晶体管，其特征在于：接入区的GaN沟道层（3）在形成栅极掩膜层时存在掩膜残留及杂质引入，原位刻蚀接入区的GaN沟道层（3）可去除接入区表面缺陷态，同时减少环境杂质的引入，得到高质量的二次外延界面。

8.根据权利要求1所述的一种高性能常关型的GaN场效应晶体管，其特征在于：所述的栅介质层（5）为Al₂O₃或Si₃N₄化合物，厚度为10~100nm；

所述的源极（6）和漏极（7）材料为Ti/Al/Ni/Au合金、Ti/Al/Ti/Au合金、Ti/Al/Mo/Au合金或Ti/Al/Ti/TiN合金；栅极（8）材料为Ni/Au合金、Pt/Al合金、Pd/Au合金或TiN/Ti/Al/Ti/TiN合金。

9.权利要求1所述的一种高性能常关型的GaN场效应晶体管的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、在衬底（1）上生长应力缓冲层（2）；

S2、在应力缓冲层（2）上生长GaN沟道层（3）；

S3、在GaN沟道层（3）上沉积一层SiO₂，作为掩膜层（9）；

S4、通过光刻并结合干法或湿法刻蚀方法，保留栅极区域之上的掩膜层（9）；

S5、原位刻蚀接入区的GaN沟道层（3），刻蚀深度为10~50nm；

S6、选择区域生长二次外延层（4），形成凹槽型栅极结构；

S7、去除栅极区域之上的掩膜层（9）；

S8、沉积形成栅介质层（5）；

S9、干法刻蚀完成器件的台面隔离，同时刻蚀出源极和漏极欧姆接触区域；

S10、在源极和漏极区域蒸镀上源极（6）和漏极（7）金属，并通过欧姆合金退火形成欧姆接触；

S11、在凹槽处栅介质层上的栅极区域蒸镀栅极（8）金属。

10.根据权利要求9所述的一种高性能常关型的GaN场效应晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的应力缓冲层（2）和步骤S2中的GaN沟道层（3）及步骤S6中的二次外延层（4）的生长方法为金属有机化学气相沉积法、分子束外延法等高质量成膜方法；所述步骤S3中掩膜层（9）的生长方法为等离子体增强化学气相沉积法、原子层沉积法、物理气相沉积法或磁控溅射法；所述步骤S5中的原位刻蚀方法为干法刻蚀，刻蚀气体环境为N₂、NH₃的任一种或组合；所述步骤S8中的栅介质层的生长方法为低压化学气相沉积法。