[发明专利]一种增强型AlGaN/GaN MOS-HEMT器件结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种增强型AlGaN/GaN MOS‑HEMT器件结构，包括Al₂O₃衬底，顺序层叠于Al₂O₃衬底上的第一本征GaN缓冲层、第二本征GaN缓冲层、GaN衬底层、AlGaN阻挡层和GaN帽层，GaN帽层至GaN衬底层刻蚀形成左侧源极区域和右侧漏极区域，左侧源极和右侧漏极区域表面形成有凸出于器件表面的金属化欧姆接触，GaN帽层和欧姆接触表面对应的栅极区域形成有栅极氧化层，栅极氧化层表面形成有栅极金属。本发明还提供一种前述器件结构制备方法。本申请能提高器件可靠性、提高2DEG的面密度和沟道驱动电流和减小器件的栅极泄露电流，制备方法能与主流化合物半导体工艺制程兼容，衬底质量较好，工艺重复度高，易于大规模制造。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种增强型AlGaN/GaN MOS-HEMT器件结构及其制备方法。

背景技术

以硅(Si)和砷化镓(GaAs)为代表的传统半导体材料，其器件在抗辐射、高温、高压和高功率的要求下已逐渐不能满足现代电子技术的发展。宽禁带半导体GaN电子器件，可以应用在高温、高压、高频和恶劣的环境中，如雷达和无线通信的基站及卫星通信。由于GaN的禁带宽度大、击穿电压高、电子饱和漂移速度高，具有优良的电学和光学特性以及良好的化学稳定性，使其在高频大功率、高温电子器件等方面倍受青睐。GaN器件的广泛应用预示着光电信息甚至是光子信息时代的来临。如今微电子器件正以指数式扩张的趋势发展，至今GaN器件在军用和民用方面都得到相当广泛的应用。

随着AlGaN/GaN的单异质结生长工艺和机理研究不断成熟，作为GaN基HEMT(HighElectron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)主要结构的AlGaN/GaN HEMT器件的性能也一直在不断提高。从1993到上世纪末，AlGaN/GaN HEMT推动发展的机理主要是异质结性能的提高、工艺技术(如台面刻蚀、肖特基接触和欧姆接触)的逐步演变改进以及热处理技术的不断成熟。而从2000年以后至今，AlGaN/GaN异质结材料的性能已趋于基本稳定，AlGaN/GaN HEMT器件性能的提高则主要依靠工艺水平的提高和器件结构的改进。图1为目前广泛采用的AlGaN/GaN HEMT基本结构。

本发明的发明人经过研究发现，从衬底材料制备的工艺技术角度而言，目前受限于以蓝宝石和碳化硅(SiC)作为衬底的异质外延技术生长出的GaN单晶的位错密度较高，性能还不太令人满意，GaN HBT的直流电流增益仍比较小，工艺过程并不十分稳定；从器件设计和应用角度而言，传统的GaN基HEMT是耗尽型(常开式)，但是电力电子设备宜采用增强型(常闭式)，因为这样可以通过抵消负极性电源，进而大大降低集成电路设计的难度。

另外，尽管目前业界已经做了大量的努力来改进增强型AlGaN/GaN HEMT的器件结构，但是在功率转换的实际应用中，并没有使增强型HEMT器件的阈值电压明显增大。而常规的AlGaN/GaN HEMT有其固有的技术缺陷，例如其刻蚀速率不易控制，常用的凹形栅极HEMT器件难于制造，工艺重复性较差，阈值电压的均匀性也不佳。同时，物理刻蚀对样品表面的损伤显著地影响了器件性能，对于使用氟离子注入或等离子体处理通常会引起损伤并在半导体材料中产生缺陷，从而降低载流子迁移率，这些都是目前常规AlGaN/GaN HEMT结构设计中所存在的技术问题。

发明内容

针对现有技术受限于以蓝宝石和碳化硅作为衬底的异质外延技术生长出的GaN单晶的位错密度较高，性能还不太令人满意，GaN HBT的直流电流增益仍比较小，工艺过程并不十分稳定的技术问题，本发明提供一种增强型AlGaN/GaN MOS-HEMT器件结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：