本发明专利技术公开了一种槽形沟道AlGaN/GaN增强型HEMT的器件及制作方法，主要解决现有增强型器件中阈值电压低和制作工艺中刻蚀损伤大所造成的可靠性低的问题。该器件自下而上包括：衬底、I-GaN层、II-GaN层、AlGaN势垒层、源级、漏极、介质层和栅极，其中I-GaN层的中间设有凹槽(1)，以在II-GaN和AlGaN平面界面上形成有二维电子气2DEG，而在II-GaN和AlGaN的倾斜界面几乎不能形成2DEG，这种增强型器件结构根据不同的工艺可制作出金属氧化物半导体栅和肖特基栅两种类型的器件。本发明专利技术具有可靠性高，工艺简单，重复性好的优点，可用于高温高频大功率场合、大功率开关以及数字电路中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子
，涉及半导体材料、器件制作工艺，具体的说是一种新 型AIGaN/GaN增强型HEMT器件结构以及制造方法，可用于高温大功率应用场合以及构成数 字电路基本单元。
技术介绍
随着现代武器装备和航空航天、核能、通信技术的发展，对半导体器件的性能提出 了更高的要求。作为宽禁带半导体材料的典型代表，GaN基材料具有禁带宽度大、电子饱和 漂移速度高、击穿场强高和导热性能好等特点，可用于制作高温、高频及大功率电子器件。 更重要的是，GaN基材料可以形成调制掺杂的AWaN/GaN异质结构，该结构在室温下可以获 得大于1500cm2/Vs的电子迁移率，高达3X107cm/s的峰值电子速度和2X107cm/s饱和电 子速度，并获得比第二代化合物半导体异质结构更高的二维电子气密度，可以大于2X IO13/ cm2。因此，基于AKiaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管HEMT在大功率微波器件方面具 有非常好的应用前景。1994年至今，AWaN/GaN异质结材料的生长和AIGaN/GaN HEMT器件 的研制始终占据着GaN电子器件研究的主要地位。然而十几年来针对GaN基电子器件研究 的大部分工作集中在耗尽型AWaN/GaN HEMT器件上，这是因为与基于InP和GaAs的异质 结构相比，AWaN/GaN异质结构中较强极化电荷的存在，使得制造基于GaN的增强型器件变 得十分困难，关于这一方面的报道也较少。AIGaN/GaN增强型HEMT器件具有广阔的应用前景。首先增强型HEMT器件和耗尽 型HEMT器件结合形成的倒相器在高温、抗辐射等数字电路中具有很大的应用前景。同时 AIGaN/GaN增强型HEMT器件在微波大功率器件和电路也具有很大的应用潜力和很好的电 路兼容性，因为目前的微波功率放大器大多采用的还是Si基和GaAs基增强型器件。而且 作为功率开关应用，AWaN/GaN增强型HEMT器件也备受关注。因而研究高性能MGaN/GaN 增强型HEMT器件具有非常重要的意义。目前，不管是国内和国际上，很少有人采用传统的势垒层P型Mg掺杂技术来研制 AIGaN/GaN增强型HEMT器件的。这是因为，首先，Mg掺杂的工艺技术尚不成熟；其次，Mg 在AlGaN中激活能很高，需要很高的退火温度将之激活；而且用MOCVD技术生长ρ型AlGaN 时，受主Mg原子在生长过程中被H严重钝化，虽然经过适当退火处理后的样品转化成了 ρ 型，但是杂质离化率很低，得到的空穴浓度仍然较低，比掺杂浓度低2 3个数量级，并且迁 移率很低，串联电阻很大。因此，当前国际上关于AlfeN/GaN增强型HEMT器件的报道也都 是避开了 P型重掺杂势垒层的方法，而是采用了一些新的技术。这些技术大致如下1996年，Khan等人利用AWaN势垒层减薄技术开创了 AWaN/GaN增强型HEMT器 件的先河。他们在GaN外延层上将AWaN势垒层减薄至lOnm，以此来减弱由于极化产生的 二维电子气，然而效果却不太理想，其峰值跨导只有23mS/mm。参见文献Μ. A. Khan,Q. Chen, C. J. Sun, J. W. Yang, M. Blasingame, M. S. Shur, and H. Park, "Enhancement anddepletion mode GaN/AlGaN heterostructure field effect transistors, "Appl. Phys. Lett.,4vol. 68，no. 4，pp. 514-516，Jan. 1996。2000年，Hu等人采用了有选择的再生长PN结栅技术，成功研制成了增强型工作 模式的AWaN/GaN HEMT器件，然而其峰值跨导只有10mS/mm。参见文献HU，X.，et al. 'Enhancement mode AlGaN/GaN HFET with selectively grown pn junction gate', ElectronLett.，2000，36，pp.753-7540之后，Moon等人和Kurnar等人采用凹栅技术也成功研制成了 AWaN/GaN增强型 HEMT器件。他们在传统耗尽型AlGaN/GaN HEMT器件结构上做了稍微的改变，即在蓝宝石衬 底上生长AlGaN/GaN异质结构后，并没有直接电子束蒸发形成栅极，而是先在预生长栅极 区域通过在Cl2/Ar等离子体中进行ICP-RIE刻蚀一个凹槽，快速热退火之后在凹栅窗口上 制作Ni/Au肖特基接触栅极。通过凹槽深度的调整可以极大的耗尽沟道中的二维电子气。 之后这种方法一直被采用。参见文献Kumar，V.，et al. ‘Recessed 0. 25mm gateAlGaN =GaN HEMTs on SiC with high gate-drain breakdown voltage using ICP-RIE', Electron. Lett. 2001,37，pp. 1483—1485。2003年，V. Kumar等人利用凹栅技术并通过结构优化，用MOCVD法在SiC衬底上 成功制造了一微米栅长的高跨导增强型MGaN/GaN HEMT。这个器件的制造过程大致如下。 首先，在SiC衬底上依次外延IOOnm的AlN缓冲层，2um未掺杂的GaN外延层，3nm未掺杂的 AlGaN隔离层，IOnm重掺杂的AlGaN势垒层以及5nm未掺杂的AlGaN帽层，其中势垒层掺杂 浓度为4X 1018cnT3，势垒层Al组分为0. 25。然后，在源漏端电子束蒸发Ti/Al/Ni/Au四层 金属结构，在氮气中850°C快速热退火30秒形成源漏欧姆接触。接着，在源漏区中央用电 子束直写技术形成1. Ium长的栅极窗口，在Cl2/Ar的等离子体中利用ICP-RIE刻蚀15nm深 的凹槽，样品在700°C下氮气中快速热退火30秒以消除刻蚀损伤。最后在凹槽中电子束蒸 发Ni/Au结构形成栅极。该器件的的峰值本征跨导为M8mS/mm，电流密度为470mA/mm，阈值 电压为 75mV，fT 为 8GHz，fMax 为 ^GHz。参见文献 V. Kumar, A. Kuliev, Τ. Tanaka, Y. Otoki， and I. Adesida, "High transconductance enhancement-mode AlGaN/GaNHEMTs on SiC substrate, "Electron. Lett. , vol. 39, no. 24,pp.1758-1760, Nov. 2003。近些年来，国外在研制增强型MGaN/GaN HEMT器件中发现了一种新技术，即基于 氟化物(CF4)的等离子体注入技术。研究中发现，在AKiaN势垒层中注入氟离子由于F离 子强的电负性，势垒层中的F离子将提供稳定的负电荷，从而可以有效的耗尽沟道区的强 二维电子气。当注入的F离子数量达到一定数量后，沟道中的二维电子气完全耗尽，原来耗 尽型的AlGaN/GaN HEMT将被转换为增强型HEMT。2005年，香港科技大学电子工程部Y. CAI 等人利用基于氟化物的等离子体处理技术成功研制了高性本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种槽形沟道ＡｌＧａＮ／ＧａＮ增强型ＨＥＭＴ器件，自下而上包括：衬底、Ｉ－ＧａＮ层、ＩＩ－ＧａＮ层、ＡｌＧａＮ势垒层、源级、漏极、介质层和栅极，其特征在于Ｉ－ＧａＮ层的中间设有三角形凹槽，以在ＩＩ－ＧａＮ和ＡｌＧａＮ界面形成了二维电子气２ＤＥＧ的槽型沟道。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张进成，陈珂，郝跃，马晓华，王冲，付小凡，马俊彩，刘子扬，林志宇，张凯，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87
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