[发明专利]氮极性III族/氮化物磊晶结构及其主动元件与其积体化的极性反转制作方法

说明书

本发明是关于一种氮极性III族/氮化物磊晶结构及其主动元件与其制作方法。在元件设计上藉由氟离子结构使氮极性III族/氮化物磊晶结构内的二维电子气在氟离子结构下方处能呈现空乏状态，此时二维电子气位于氮化镓通道层与该氮化镓铝(y)层的接面处；尔后，藉由上述结构制作出氮化镓加强型氮化镓铝/氮化镓高速电子迁移率晶体管、混合型萧特基位障二极管或混合型元件，此时，经过极性反转制程步骤(也就是绝缘保护介电层所产生的应力)后，二维电子气从该氮化镓通道层与该氮化镓铝(y)层的接面处上升至该氮化镓通道层与该氮化镓铝(x)层的接面处。

技术领域

本发明是关于一种磊晶结构，特别是关于一种氮极性III族/氮化物半导体系列成长的磊晶结构，其好处是氮化镓铝(x)层(i-Al(x)GaN)在氮极性成长下会有较少的缺陷，藉由本发明利用制程的方式，也就是利用绝缘保护介电层所产生的应力，将氮极性反转为镓极性使得二维电子气(2-DEG)从氮化镓/氮化镓铝(y)(iGaN/i-Al(y)GaN)接口的氮化镓通道层(iGaN channel layer)内转至氮化镓铝(x)/氮化镓(i-Al(x)GaN/iGaN)的氮化镓通道层内，除了得到较低的氮化镓铝(x)表面缺陷(i-Al(x)GaN surface traps)外，原本的氮化镓铝(y)正好可以阻挡缓冲层的缺陷(Buffer Traps)的电子进入通道层(channel layer)进而降低电流崩塌效应(Current Collapse)的问题的崭新的主动元件与其积体化的制作方法。

背景技术

在过去的习知技艺中，以磊晶结构来达到加强型氮化镓铝/氮化镓高速电子迁移率晶体管(E-Mode AlGaN/GaN HEMT)最常见的方式就是1.镓极性P型氮化镓栅极加强型氮化镓铝/氮化镓高速电子迁移率晶体管結構(Ga-Face P-GaN Gate E-Mode HEMTstructure)、2.氮极性加强型氮化镓铝/氮化镓高速电子迁移率晶体管結構(N-Face Al(x)GaN Gate E-Mode HEMT structure)，但正如两者元件的命名方式就可知只有閘極(Gate)的区域会保留P型氮化镓或氮化镓铝(x)。

最常见的制程方式就是在传统的空乏型氮化镓铝/氮化镓高速电子迁移率晶体管(D-Mode AlGaN/GaNHEMT)磊晶结构上额外成长一层P型氮化镓层，之后再将閘極区域以外的P型氮化镓以干式蚀刻的方式蚀刻掉，并尽量保持下一层氮化镓铝(AlGaN)磊晶层厚度的完整性，因为当下一层氮化镓铝磊晶层被蚀刻掉太多的话会连带造成镓极性P型氮化镓閘極加强型高速电子迁移率晶体管結構的氮化镓铝/氮化镓接口的二维电子气无法形成。因此，以干式蚀刻的方式其实难度很高因为:1.蚀刻深度难掌控、2.磊芯片上每一个磊晶层的厚度还是会有不均匀的；此外，此磊晶结构与一般空乏型氮化镓铝/氮化镓高速电子迁移率晶体管磊晶结构皆有电流崩塌效应(Current Collapse)的问题必须去解决，例如：缓冲层的缺陷(Buffer Traps)及表面缺陷(Surface Traps)。

有鉴于此，本发明针对上述的缺失，提出一种崭新的氮极性III族/氮化物磊晶结构与以及利用该磊晶结构的极性反转后所形成的主动元件与其积体化的制作方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种崭新的氮极性III族/氮化物磊晶结构与利用该磊晶结构所形成的主动元件与其积体化的极性反转制作方法，以解决磊晶结构在高速电子迁移率晶体管所遇到的制程瓶颈，并且本发明的氮极性III族/氮化物磊晶结构基板上在极性反转制程后可一次性形成数种能够在高电压高速操作的主动元件。

本发明的另一目的在于藉由一氟离子结构使氮极性III族/氮化物磊晶结构在主动区氮化镓铝/氮化镓/氮化镓铝(AlGaN/GaN/AlGaN)极性反转之后的二维电子气(2-DEG)在氟离子结构下方处能呈现空乏状态，以制作出氮化镓加强型氮化镓铝/氮化镓(AlGaN/GaN)高速电子迁移率晶体管、混合型萧特基位障二极管或混合型强型氮化镓铝/氮化镓高速电子迁移率晶体管等元件。