[发明专利]一种氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备方法与应用，所述晶体管包括衬底、氮化镓外延层、氮化铝镓势垒层、氧化铝介电层、未被氧化p型氮化镓层、已被氧化p型氮化镓层、源漏极和栅极。所述制备方法包括：(1)在氮化镓外延片上形成有源区；(2)对器件进行高密度氧等离子体处理，依次形成已被氧化p型氮化镓层和氧化铝介电层；(3)刻蚀源漏区表面未被氧化p型氮化镓层，生长金属，分别独立地形成源极和漏极；(4)对器件进行快速热退火，形成欧姆接触；(5)在未被氧化p型氮化镓层表面沉积栅极金属，形成栅极，得到氮化镓高电子迁移率晶体管。本发明提升了器件的高温及高压耐受性和电学性能，避免了p型氮化镓层刻蚀导致的损伤。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种晶体管，尤其涉及一种氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备方法与应用。

背景技术

氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等材料因其宽禁带物理特性所带的优势被称为第三代半导体，氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)在高速、高温、高压的场景中具有巨大的潜在应用价值。GaN HEMT通过AlGaN外延层和GaN层之间由压电效应和极化效应产生的高浓度二维电子气(2DEG)导电，具有迁移率高、导通电阻小等特点，且电子迁移率高达1500-2000cm²/(V·s)。

GaN HEMT的2DEG沟道由外延层之间作用天然形成，所以GaN HEMT在不加处理情形下为常开型(D-mode)器件，然而在实际应用中多数器件需要在栅压(VG)作用下开启的常关型(E-mode)器件。目前实现E-mode GaN HEMT的方式主要有三种：栅极挖槽型(GateRecess)、p-GaN层耗尽型(p-GaN)和氟离子注入型。其中，p-GaN型E-mode器件由于没有伤害2DEG沟道保持器件较高迁移率的优势而被大量应用。

p-GaN型GaN HEMT是在AlGaN/GaN外延上再生长一层p-GaN层的外延片上制备而成。在制备中只保留栅极下p-GaN层，通过与AlGaN层相互作用耗尽下方2DEG，从而实现常关型(E-mode)功能。同时需要去除其余部分p-GaN层或使其失效，在除栅极下方区域之外恢复2DEG沟道。相较于硅器件，氮化镓器件适用于高温、高工作电压条件下，器件需要在高温下具有与常温相近的工作表现而不产生漂移，同时器件耐压通常要达到关态击穿电压650V以上。因此，针对高温高压条件下的器件结构进行优化则十分必要。

目前本领域针对高温高压条件下的器件结构优化主要包括以下三种方案：(1)氢气钝化：利用氢气钝化p-GaN层，使得氢离子和p-GaN层中的Mg离子形成Mg-H键，从而实现钝化p-GaN层的目的，然而由于Mg-H键的不稳定性，氢气的钝化方式无法实现高温工况下的可靠性能，即这种方式丧失了耐高温的能力；(2)氧气钝化：通过在p-GaN层与AlGaN层之间生长AlN层，这样便于控制氧化时间，然而1-5nm左右的AlN薄层作为半导体材料无法提升器件的耐击穿特性；(3)p-GaN层全刻蚀：通过刻蚀去除源、漏极和栅极之间的p-GaN层，但是这种方法的难点在于精确控制刻蚀深度，同时降低刻蚀后表面粗糙程度，并且避免刻蚀对晶格造成的刻蚀损伤，这样的稳定工艺条件往往需要苛刻的环境和长期的调试。

由此可见，如何提供一种氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备方法，提升器件的高温及高压耐受性和电学性能，同时避免p型氮化镓层刻蚀导致的损伤，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备方法与应用，所述制备方法提升了器件的高温及高压耐受性和电学性能，同时避免了p型氮化镓层刻蚀导致的损伤。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：