[发明专利]辅助掺杂实现常关型GaN HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明公开了辅助掺杂实现常关型GaN HEMT器件及其制备方法。该方法包括以下步骤：（1）在AlGaN势垒层上光刻栅电极接触窗口；（2）对栅电极接触窗口进行微刻蚀处理；（3）在光刻区域蒸镀金属镁；（4）剥离未曝光的光刻胶；（5）进行热掺杂处理；（6）沉积SiN钝化保护层；（7）采用光刻技术制备源漏栅电极；（8）制备欧姆接触电极、肖特基接触电极，得到GaN HEMT器件。本发明利用感应耦合等离子体刻蚀机对栅电极接触窗口区域进行微刻蚀处理辅助掺杂来实现常关型GaN HEMT器件。该制备方法有辅助掺杂效率高、器件性能稳定可重复的优点，对于实现高阈值电压大饱和电流常关型GaN HEMT器件有重要意义。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种辅助掺杂实现常关型GaN HEMT器件及其制备方法。

背景技术

随着高压开关和高速射频电路的发展，增强型GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)成为该领域内的研究热点。

目前进行半导体掺杂的主要有两种标准手段。第一种是固态扩散技术，其主要利用热扩散原理，将掺杂杂质材料置于半导体的表面区域，并通过将半导体加热到高温而扩散到材料中。而第二种技术，离子注入则是将掺杂杂质电离并加上数百千电子伏特的能量，并直接将其在半导体材料中激发，使它们在被激发处成为直接掺杂的杂质。热扩散技术以及离子注入技术由于能够在所选区域中引入事先确定的杂质浓度因而制造与III-V化合物和p型GaN相关的器件因此在技术方面十分被看好。扩散掺杂是十分综合的传统工业手段。对于GaN材料来说，几乎没有掺杂成功的样品的详细资料被刊登。

在半导体掺杂工艺中，AlGaN的p型掺杂远比GaN要困难的多，随着Al组分的增加，AlGaN的P型掺杂效率急剧下降，导致器件的空穴注入低。掺杂在半导体中具有重要的地位，大多数半导体器件都需要人为的在结构材料中引入杂质，以控制器件的电学性能。和其他宽禁带半导体一样，III族氮化物也面临着掺杂不对称的问题，它的n型掺杂相对容易，而p型掺杂则十分困难。GaN的P型掺杂难题曾经一度阻碍了其材料和器件的发展。在III族氮化物研究初期，非有益掺杂GaN大都呈n型，且其本底电子浓度达10¹⁹-10²⁰㎝^-3，使得p型掺杂难以实现。为了获得高的空穴浓度，Mg杂质的溶解度理应比较高。理论上，半径相互接近的原子互相替代，形成能低，而Mg的共价半径比Ga和Al的大，替代时要克服所产生的应变能，导致形成能大。另外掺入半导体中的杂质只有被激活了产生自由载流子才会对导电有贡献。

然而随着Al组分的增加，AlGaN的p型掺杂效率越来越低，外延层的电导率极速下降，导致空穴注入效率低，成为AlGaN基紫外光电器件发展及其功率射频器件的主要障碍之一。科研工作者曾尝试过Zn、Cd、Be、C等不同杂质作为III族氮化物的p型掺杂剂。不过，截至目前为止，能够形成稳定可靠p型掺杂的仍只有Mg杂质，但是其p型电导率依然比n型低数个量级。因此，如何提高Mg在AlGaN中的掺杂效率一直是研究的难点和热点。

发明内容

为了克服现有技术上的不足与缺点，本发明的目的在于提供一种辅助镁掺杂实现常关型GaN HEMT器件及其制备方法。通过ICP对栅极区域AlGaN势垒层表面进行微刻蚀处理来产生大量的表面态及引入大量的悬挂键，有利于提高掺杂系数，增大掺杂的速率与效率，实现常关型GaN HEMT器件的制备。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的一种辅助掺杂实现常关型GaN HEMT器件的制备方法，通过感应耦合等离子体刻蚀机（ICP）对栅电极接触窗口区域进行微刻蚀处理来引入大量的表面态及悬挂键等缺陷，增大镁原子在AlGaN材料中的扩散系数，提高其扩散速率及效率，有利于提高掺杂的速率与效率，有利于常关型GaN HEMT器件的制备。