[发明专利]一种GaN HEMT器件中选择性去除GaN的方法及器件

说明书

本发明涉及一种GaN HEMT器件中选择性去除GaN的方法，包括形成外延结构，在p‑GaN层上沉积钝化层，对钝化层进行蚀刻，仅保留用于形成栅极的p‑GaN区域上方的钝化区域，对p‑GaN层的进行热分解，直至除p‑GaN区域以外的所有p‑GaN层完全去除。一种器件，其包括由GaN HEMT器件中选择性去除GaN的方法形成的结构。本发明的方法通过热分解将GaN完全去除后，下面的AlGaN“停止”层保持不受损，从而保持二维电子气（2DEG）完整性，提升了器件的性能和质量。

技术领域

本发明涉及晶体管技术领域，特别是涉及一种GaN HEMT器件中选择性去除GaN的方法及器件。

背景技术

GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）是一种常开型器件（阈值电压Vth0V），其在GaN沟道层和AlGaN势垒层之间的界面区域存在二维电子气（2DEG），如图1所示。

目前，在商业产品中普遍采用最可靠的方法来实现常关型HEMT器件（Vth 0V）为：在常开型HEMT结构的顶部使用p-GaN盖层来完全耗尽二维电子气（2DEG）。当p-GaN栅极偏压高于阈值电压（Vgs Vth）或当p-GaN盖层被完全去除时，除栅极区域以外的区域中，二维电子气（2DEG）会重新形成，如图2所示。

通常使用干法蚀刻技术去除p-GaN盖层，直到蚀刻工艺通过数字蚀刻（在表面上形成薄的蚀刻副产物层并去除）等不同的选择到达下部的AlGaN势垒层处停止，终点检测（挥发性气体种类信号变化）和高蚀刻选择性（GaN-AlGaN蚀刻选择性10：1）配方（例如，Cl₂/O₂/Ar气体组合），以使损伤或损耗最小化得到AlGaN势垒层。尽管如此，AlGaN势垒层始终存在一些残留的表面损伤和损耗，由于比目标AlGaN势垒层厚度薄而导致器件性能下降，例如与表面相关的动态导通电阻增加和二维电子气（2DEG）密度降低。

如图3a示出了一种常关“增强型”（Vth 0V）p-GaN栅极HEMT的初始外延结构，其二维电子气（2DEG）在GaN沟道层与AlGaN势垒层之间的界面处完全耗尽。初始AlGaN层厚度5〜25nm，使得器件Vth在预定范围内，例如1〜2V。如图3b所示：通过标准光刻方法对p-GaN层进行构图，并按常规干法蚀刻去除掉除栅极区域以外的所有p-GaN层。但是，即使蚀刻时采用高GaN-AlGaN选择性蚀刻配方，在干法蚀刻过程中也不可避免地损坏AlGaN势垒表面。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种GaN HEMT器件中选择性去除GaN的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种GaN HEMT器件中选择性去除GaN的方法，包括以下步骤：

步骤1：

（1）、形成外延结构：在基层上生长缓冲层，在缓冲层上生长沟道层，在沟道层上生长势垒层，在势垒层上生长p-GaN层，

（2）、在p-GaN层上沉积钝化层，

步骤2：

对钝化层进行蚀刻，仅保留用于形成栅极的p-GaN区域上方的钝化区域，

步骤3：

对p-GaN层的进行热分解，直至除p-GaN区域以外的所有p-GaN层完全去除。

优选地，在步骤2后、步骤3前，先对除p-GaN区域以外的所有p-GaN层进行蚀刻，保留p-GaN层的厚度在5〜25nm之间。

优选地，所述的p-GaN层生长的厚度为50-200nm。

优选地，在步骤3中：对p-GaN层热分解的温度大于600℃。

优选地，在步骤3中：在真空或氢气或氮气或氮氢混合气的氛围下对p-GaN层的进行热分解。

优选地，在步骤3中：采用管式炉或RTP工具或MOCVD室对p-GaN层的进行热分解。