[发明专利]一种GaN基高空穴迁移率晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种GaN基高空穴迁移率晶体管及其制备方法，其结构包含衬底、缓冲层、势垒层、沟道层、插入层、p‑GaN层、源极、漏极、栅极以及钝化介质层。本发明通过引入含Al组分插入层，一方面可提升p‑GaN层与沟道层间的刻蚀选择比，增加刻蚀工艺的可控性与均匀性；另一方面，可降低高温工艺过程中p‑GaN层Mg原子扩散对沟道层的影响；另外，原位外延生长的插入层可充当栅绝缘介质层，形成良好的MIS界面，减小栅极泄漏电流，提升器件栅极击穿能力。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别是涉及一种GaN基高空穴迁移率晶体管及其制备方法。

背景技术

第三代半导体GaN材料具有宽带隙、高击穿场强、高饱和电子漂移速度以及抗辐照等优异的特性，在无线通信、电力系统、光电探测等领域具有重要的应用前景。近年来，AlGaN/GaN异质结界面处因自发极化和压电极化效应所产生的高浓度、高迁移率的二维电子气(2DEG)，快速推动了高性能GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的发展与应用。依据半导体领域的发展历程来讲，开发高空穴迁移率晶体管(HHMT)，实现GaN HEMT与HHMT的单片集成，是GaN集成电路与系统发展的必然方向。

事实上，研究人员已借助p-GaN/GaN/AlGaN或p-GaN/GaN/AlN结构等，通过极化调制技术实现二维空穴气(2DHG)，研制出GaN HHMT器件。然而，p-GaN与GaN沟道层间极差的刻蚀选择比，极大增加了刻蚀后GaN沟道层的表面粗糙度与结构损伤，严重影响了2DHG的电学输运特性，造成HHMT器件电学输出与工作稳定性的恶化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高p-GaN层与GaN沟道层间的选择刻蚀比，实现高阈值电压稳定性、低导通电阻、高输出电流密度的GaN基高空穴迁移率晶体管及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种GaN基高空穴迁移率晶体管，所述晶体管结构自下而上依次包括衬底、缓冲层、势垒层、沟道层、插入层和p-GaN层，所述插入层的上方依次平行设有源极、栅极与漏极，所述源极和漏极位于p-GaN层的上方，钝化介质层覆盖于插入层、p-GaN层、源极、漏极和栅极的上方且在源极、漏极、栅极对应的位置处开设有与外界进行电接触的窗口。

进一步的，所述插入层为AlN、AlGaN、InAlN、InAlGaN中的一种或多种组合，总厚度小于5nm。

进一步的，所述衬底为蓝宝石、SiC、Si、金刚石和GaN自支撑衬底中的任一种。

进一步的，所述缓冲层为GaN、AlN、AlGaN中的一种或多种组成的单层或多层结构。

进一步的，所述沟道层为GaN/AlN、GaN/AlGaN、InGaN/GaN结构中的一种，所述势垒层为GaN/AlN、GaN/AlGaN、InGaN/GaN结构中的一种。

进一步的，所述源极和漏极的金属分别为Ag、Pt-Au合金、Ti-Au合金、Ni-Au合金、Ti-Au-Ni-Au合金中的一种，可相同或不同。

进一步的，所述栅极为Ni、Pt、Ni-Au合金、Pt-Au合金中的一种。

进一步的，所述钝化介质层为SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃介质中的一种或几种。

一种GaN基高空穴迁移率晶体管的制备方法，包括如下步骤：

1)在衬底的上方利用外延生长方法依次生长缓冲层、势垒层、沟道层、插入层和p-GaN层；

2)在p-GaN层的上方定义p-GaN层的掩模，随后通过刻蚀方法形成p-GaN层；