[发明专利]一种制作增强型氮化镓功率器件的方法

说明书

本发明公开了一种制作增强型氮化镓功率器件的方法，是在半导体基底的势垒层上形成一层层状纳米材料层，蚀刻层状纳米材料层于预设栅极位置形成第一窗口，沉积p型氮化物层，然后剥离所述层状纳米材料层，余下所述第一窗口之内的p型氮化物层形成p型栅极层。所述层状纳米材料层是六方氮化硼薄膜或类石墨烯二维纳米材料。本发明采用层状纳米材料层制作一种增强型氮化镓功率器件，避免因p型氮化物层蚀刻造成的势垒层界面损伤，提升器件电性特性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种制作增强型氮化镓功率器件的方法。

背景技术

氮化镓材料具有大禁带宽度、高临界击穿电场、高热导率等特点，在宽带通信、电力电子等领域应用前景广阔。特别地，氮化镓基高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)是一种基于氮化物异质结构的新型电子器件。该器件具有高频、大功率的优异特性，广泛应用于无线通信基站、电力电子器件等信息收发、能量转换等领域。

目前增强型GaN器件最常见的制程方式主要是p型氮化物栅结构，即在势垒层上外延形成p型氮化物层，然后将闸极区域以外的p型氮化物以干法蚀刻的方式去除掉，利用p型氮化物抬高能带，耗尽栅下二维电子气，实现增强型。这种方法的难点在于：p型氮化物层干法蚀刻所用蚀刻剂通常对势垒层材料(常见为AlGaN)同样具有腐蚀作用，因此蚀刻精准度要求极高，既要保持p型氮化物层蚀刻完全及均匀性，又要保证其下一层的完整性，势垒层表面不被损坏；蚀刻不净及过蚀刻均会导致器件特性不佳，如较大的导通电阻或者阈值偏负等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种制作增强型氮化镓功率器件的方法。

为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

一种制作增强型氮化镓功率器件的方法，包括以下步骤：

1)提供一半导体基底，所述半导体基底包括沟道层和势垒层；

2)于所述势垒层上形成一层层状纳米材料层，所述层状纳米材料层是六方氮化硼薄膜或类石墨烯二维纳米材料；

3)蚀刻所述层状纳米材料层，于预设栅极位置形成第一窗口；

4)沉积p型氮化物层；

5)剥离所述层状纳米材料层，余下所述第一窗口之内的p型氮化物层形成p型栅极层。

可选的，所述层状纳米材料层的厚度为1-20nm。

可选的，步骤2)中，将所述半导体基底置于等离子体化学气相沉积设备腔体中的生长区域，抽真空后通入惰性气体，控制惰性气体的气压为0.5-1.5Torr；使半导体基底升温至300-700℃，通入硼氮反应源，设置功率为20-100W，反应时间10-60分钟，形成所述六方氮化硼薄膜。

可选的，步骤3)中，于所述六方氮化硼薄膜上形成于预设栅极位置具有第二窗口的光刻胶，采用等离子体蚀刻所述六方氮化硼薄膜，功率为6-10kW，偏置电压为0-500V，时间为10-100s，然后去除光刻胶，形成所述第一窗口。

可选的，所述p型氮化物层的材料是p-GaN、p-AlGaN、p-InGaN或p-InAlGaN。

可选的，所述p型氮化物层的厚度为50-100nm。

可选的，所述p-GaN的制备方法为采用MOCVD工艺，升温至900-1000℃，通入N源和Ga源，同时掺杂Mg元素，掺杂浓度为3×10¹⁹-8×10¹⁹cm^-3，反应时间5-10min，然后在N₂气氛下炉温降低至500-700℃保温10-30min，于20-40min内炉温降至130-180℃。