[发明专利]GaN基HEMT器件及其制作方法

说明书

本发明公开了一种GaN基HEMT器件及其制作方法。所述制作方法包括制作形成异质结的步骤以及制作与异质结配合的源极、漏极的步骤，异质结中形成有二维电子气，源极与漏极能够通过二维电子气电连接；以及还包括直接在异质结上低温原位生长绝缘层的步骤以及直接在绝缘层上原位生长第三半导体的步骤，第三半导体能够将位于其下方的二维电子气耗尽；以及，制作与第三半导体配合的栅极。本发明提供的制作方法在生长形成异质结后，降低温度，直接在异质结上低温原位生长绝缘层，可避免材料的二次污染、减小界面态密度，且能够形成无定形结构的绝缘层、消除绝缘层材料的自发极化和压电极化，对器件其它结构的生长不会造成污染。

技术领域

本发明涉及一种HEMT器件的制作方法，特别涉及一种GaN基HEMT器件及其制作方法，属于半导体技术领域。

背景技术

GaN基HEMT器件是一类新型的HEMT器件，其工作原理主要是由于三族氮化物材料的自发极化和压电极化，导致在异质结构界面上形成二维电子气，具有极高的电子浓度(可达10¹³/cm²)，可通过栅极电压控制电子浓度，从而实现对电流的控制，形成场效应晶体管。但肖特基结构的HEMT栅漏电大，栅压摆幅小(最大栅压1V～2V)。因此需要制备金属-绝缘层-半导体(MIS)结构的HEMT器件，绝缘层的引入可以降低栅漏电，增大摆幅，并且在刻蚀工艺中可以起到保护势垒层的作用。但是一方面，由于GaN材料体系不像Si体系那样，可以通过热氧化获得界面良好、质量优异的天然栅氧化层，只能通过多种薄膜沉积手段获得栅介质层和钝化层。另一方面GaN基HEMT器件由于在势垒层表面存在大量的表面态，所以当器件工作时，这些表面态会俘获大量电子而带负电，从而使得沟道电子浓度降低，导致器件的输出电流大幅度减小，即所谓的电流崩塌现象。表面态是导致HEMT器件电流崩塌效应的重要原因，而表面钝化是解决电流崩塌效应的手段之一。对GaN基HEMT的表面进行介质层钝化，可以减小表面态填充几率，使电流崩塌程度降低。现今研究者多利用SiO₂、SiNx、Al₂O₃、HfO₂、Sc₂O₃等作为HEMT器件的栅介质层，常用的钝化介质有SiO₂、Sc₂O₃、MgO等，一方面这些介质层材料与III族氮化物不匹配，而且介质层和钝化层的生长方法为等离子体增强化学气相淀积法(PECVD)、原子层淀积法(ALD)、等离子体增强原子层淀积法(PE-ALD)等，这些方法的问题在于需要把异质结材料从生长腔室中取出转移到其它的介质层淀积腔室，导致材料的二次污染，使得异质结材料和介质层界面处不可避免地存在大量的界面态，使器件的工作过程中产生阈值电压及电流的回滞现象以及电流崩塌问题，影响器件的推广应用。而原位生长法制作生长介质层可以避免二次污染，但对AlN、BN及所形成的三元四元化合物作为介质层而言，高温原位生长获得的是晶体，其具有很大的自发极化和压电极化，导致HEMT结构与介质层之间的界面处形成二维电子气，此二维电子气的存在使得器件具有了双沟道，且导致栅泄漏电流增加严重，消弱了介质层降低漏电的作用，难以增加栅压摆幅，使介质层失去了其应有的作用。另外由于自发极化和压电极化的作用，通常GaN基HEMT结构的异质结界面具有二维电子气，是一种耗尽型晶体管结构，需要加负向电压才能关断，而增强型器件不需要负向电压，在微波功率放大器和低噪音功率放大器领域降低了电路复杂性和成本；耗尽型器件处于常开状态，在数字快速电路应用领域，增强型器件可形成低功率的互补逻辑，简化电路，而且增强型器件可提高电路安全性，因此增强型器件的研制势在必行。目前多以P型GaN及InGaN作为冒层制备增强型场效应晶体管，但P型GaN及InGaN的受主原子具有较大的激活能且容易被H钝化，掺杂效率只有0.1-1％。而且p型冒层直接生长在势垒层上，在器件制作过程中为了降低电阻率必须刻蚀栅源和栅漏间的p型冒层，刻蚀过程不可避免地对势垒层表面造成损伤和破坏，使得泄漏电流和电流崩塌增大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种GaN基HEMT器件及其制作方法，从而克服现有技术中的不足。