[发明专利]MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管，包括从下而上依次层叠的硅衬底、AIN成核层、AlGaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层，AlGaN势垒层中设有凹槽，凹槽的槽底和槽壁上设有栅介质层，栅介质层底部对称设有两个栅极，靠近漏极的栅设有栅场板，两个栅极之间设有阻挡层，AlGaN势垒层上表面两侧分别设有源极和漏极，源极上设有源场板，源极和漏极之间设有钝化层。本发明的第二AlGaN势垒层和AlGaN缓冲层具有相同的铝组分，完全耗尽第一AlGaN势垒层与第二AlGaN势垒层之间的极化电荷，且凹槽栅底部正处于第二AlGaN势垒层之中，进而降低因刻蚀因素对器件阈值电压稳定性的影响。

技术领域

本发明涉及晶体管领域，特别涉及一种MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管及其制备方法。

背景技术

众所知周，第三代半导体材料 GaN 具有高饱和电子漂移速度、高热导率、耐高温、抗辐射、高临界击穿电压等特点，因此成为高温、高压、高频等极端环境中大功率器件的首选材料。基于GaN异质结的高电子迁移率晶体管，该结构利用高电导率二维电子气（2DEG）实现强大的电流驱动, 同时保持了氮化物材料的高耐压能力。

对于增强型高电子迁移率晶体管器件的研究，目前有多种比较主流的技术方案，有凹槽栅结构、氟离子注入技术、P型栅帽层结构、薄势垒层结构、纳米线沟道结构、Cascode级联的方式等。最为广泛的是凹槽栅结构，这种技术工艺相对比较简单，如果不完全刻蚀，阈值电压不高且不稳定，如果完全刻蚀掉势垒层的话，阈值电压对应着比较大的一个数值，并且栅区的工作电压或者说栅区摆幅比较大，这是它的优势。它不足之处在于刻蚀的界面一般比较粗糙，因此沟道下方的载流子的迁移率一般比较低。其次在刻蚀界面上，生长介质层的时候往往会有可靠性问题，现在并不能很好的解决。

分裂栅技术是通过在两个栅之间加入阻挡层的方式增加沟道区导通的难度，进而提高器件的阈值电压。但是阻挡层的深度和宽度并不是越大越好，高的阈值电压有可能会带来较低的饱和漏极电流，甚至导致器件不能正常开启，所以需要通过对阻挡层尺寸做渐变，以找到最优的尺寸。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、安全可靠的MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管，并提供其制备方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管，包括从下而上依次层叠的硅衬底、AIN成核层、AlGaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层，AlGaN势垒层包括从下而上依次层叠的第一AlGaN势垒层、第二AlGaN势垒层、第三AlGaN势垒层，第三AlGaN势垒层上表面设有凹槽且凹槽沿第三AlGaN势垒层伸入第二AlGaN势垒层中，凹槽的槽底和槽壁上设有栅介质层，栅介质层底部设有两个栅极，其中靠近漏极的栅极设有栅场板，两个栅极之间设有阻挡层且阻挡层向下穿过栅介质层延伸至GaN沟道层，第三AlGaN势垒层上表面两侧分别设有源极和漏极，源极上设有源场板，第三AlGaN势垒层上表面位于源极和漏极之间设有钝化层。

上述MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管，所述第二AlGaN势垒层、第一AlGaN势垒层、第三AlGaN势垒层中铝组分分别为0.03、0.15、0.25， AlGaN缓冲层铝组分与第二AlGaN势垒层铝组分相同。

上述MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管，所述AlGaN缓冲层的厚度为1~2μm，GaN沟道层的厚度为10~20nm，第一AlGaN势垒层的厚度为2~10nm，第二AlGaN势垒层的厚度为10nm，第三AlGaN势垒层的厚度为25nm。

上述MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管，所述钝化层为SiN，厚度为2μm。

上述MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管，所述栅介质层为Al₂O₃，厚度为10~20nm。