[发明专利]一种氮化镓电子器件的复合介质结构及制备方法

说明书

一种氮化镓电子器件的复合介质结构，包括：低界面态介质插入层和高击穿电场介质层，低界面态介质插入层，生长在氮化镓电子器件表面上，高击穿电场介质层，生长在低界面态介质插入层上。本公开还提供了一种复合介质结构的制备方法，包括：将氮化镓电子器件放置于机台中，将机台的温度调节至第一预设温度，功率调节至第一预设功率，使用等离子体清洁氮化镓电子器件的表面，将机台的温度调节至第二预设温度，功率调节至第二预设功率，在氮化镓电子器件的表面生长低界面态介质插入层，将机台的温度调节至第三预设温度，功率调节至第三预设功率，在低界面态介质插入层上生长高击穿电场介质层。本公开可有效解决氮化镓电子器件表面界面缺陷的问题。

技术领域

本公开涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种氮化镓电子器件复合介质结构及制备方法。

背景技术

氮化镓(简称GaN)基金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管(简称MIS/MOS-HEMT)具有输出功率密度大、高频高压、耐高温、抗辐射等优异特性，在GaN基电力电子器件与微波器件等应用领域具备很大应用潜力。

然而GaN材料的表面界面问题是从研究初期到现在一直未能系统性解决的难点，从目前界面态研究的主流水平情况来看，SiN_X、SiO₂、Al₂O₃等介质与(Al)GaN之间的界面态密度仍处于10¹²-10¹³cm^-2量级，未达到硅工艺界面态水平。若电力电子器件采用界面态密度为10¹²cm^-2量级的栅介质工艺，其阈值电压将产生2V以上的漂移隐患，大大提高了器件实用化的难度和可靠性风险；若微波器件采用界面态密度为10¹²cm^-2量级(与二维电子气密度相当)的表面钝化工艺，则由表面缺陷引起的电流崩塌在高场下难以有效抑制，特别是毫米波器件更加明显，造成动态负载线严重压缩，恶化器件功率和PAE。所以，界面态问题若不能尽快地有效解决，将成为制约电力电子器件与微波器件性能和可靠性进一步提升的瓶颈，影响整个氮化镓实用化进程。

发明内容

本发明提供了一种一种氮化镓电子器件复合介质结构及制备方法，以解决目前介质与III族氮化物之间高密度界面态和表面介质缺陷态以及增强型器件阈值不稳定的问题。

本公开的一个方面提供了一种氮化镓电子器件的复合介质结构，包括：低界面态介质插入层(1)和高击穿电场介质层(2)；低界面态介质插入层(1)，生长在氮化镓电子器件(3)表面上；高击穿电场介质层(2)，生长在所述低界面态介质插入层(1)上。

可选地，所述低界面态介质插入层(1)的材料包括氮化铝、氮氧化铝、氮化硅化合物、氧化镓化合物或组合中的任意一种，厚度为0.2nm～5nm。

可选地，所述高击穿电场介质层(2)的材料包括氮化硅化合物、二氧化硅、氮氧化硅化合物、三氧化二铝、氧化镍或组合中的任意一种，厚度为5nm～30nm。

本公开的另一个方面提供了一种氮化镓电子器件氮化镓电子器件的复合介质结构制备方法，包括：将氮化镓电子器件(3)放置于机台中；将所述机台的温度调节至第一预设温度，功率调节至第一预设功率，使用等离子体清洁所述氮化镓电子器件(3)的表面；将所述机台的温度调节至第二预设温度，功率调节至第二预设功率，在所述氮化镓电子器件(3)的表面生长低界面态介质插入层(1)；将所述机台的温度调节至第三预设温度，功率调节至第三预设功率，在所述低界面态介质插入层(1)上生长高击穿电场介质层(2)。

可选地，所述使用等离子体清洁所述氮化镓电子器件(3)的表面的时长为5秒至20分钟。

可选地，调节所述机台的温度时，所述机台的升温速率为5～30摄氏度/每分钟。

可选地，将所述机台的温度分别调至第一预设温度、第二预设温度和第三预设温度后，温度稳定的时间均为10～120分钟。