[发明专利]一种匹配氮化镓材料的低界面态复合介质结构及制备方法

说明书

本发明涉及一种匹配氮化镓材料的低界面态复合介质结构及制备方法，属于半导体技术领域，用于解决现有技术中介质与(Al,In)GaN材料之间居高不下的界面态问题。本发明低界面态复合介质结构，包括：(Al,In)GaN基板、Si₂N₂O层和位于(Al,In)GaN基板与Si₂N₂O层之间的Ga₂O₃层；(Al,In)GaN为GaN、Al_1‑mGa_mN、In_1‑mGa_mN或Al_nIn_1‑m‑nGa_mN，0＜m≤1，0≤n＜1。本发明有效降低界面态密度，有利于解决长期困扰III族氮化物(III‑N)体系的界面态问题，推动III‑N电子器件的规模化和实用化。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种匹配氮化镓材料的低界面态复合介质结构及制备方法。

背景技术

第三代半导体GaN材料目前已应用在微波毫米波器件、高效电力电子器件等方面，但可靠性一直是制约其规模化实用化的瓶颈，同时MIS技术路线也未有产业化突破，核心问题之一是氮化镓界面态问题未彻底解决。

(Al,In)GaN材料是基于GaN材料发展的三元或四元合金体系，基于(Al,In)GaN材料的半导体器件通常采用SiN、SiO₂、SiON、Al₂O₃、AlON、AlN、HfO₂等单层介质实现钝化层和栅绝缘层，但由于上述单层介质与(Al,In)GaN材料的晶格失配较大，难以获得晶格常数十分匹配的界面，导致界面原子的化学键不能完全饱和，界面原子得失电子数严重偏离平衡态，从而介质与(Al,In)GaN材料的界面态居高不下。因此，寻找并制备与(Al,In)GaN材料晶格常数高度匹配，且界面原子化学键可充分饱和的复合介质成为III族氮化物领域的难点。

发明内容

鉴于以上分析，本发明旨在提供一种匹配氮化镓材料的低界面态复合介质结构及其制备方法，设计合适的单分子插入层(包括物质种类和排列方式等)对特定界面进行原子级编辑，使得界面原子实现饱和状态，即原子得失电子数处于平衡区间内，从而有效抑制介质与(Al,In)GaN材料之间居高不下的界面态问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明公开了一种匹配氮化镓材料的低界面态复合介质结构，包括：(Al,In)GaN基板、Si₂N₂O层和位于(Al,In)GaN基板与Si₂N₂O层之间的Ga₂O₃层；

(Al,In)GaN为GaN、Al_1-mGa_mN、In_1-mGa_mN或Al_nIn_1-m-nGa_mN，0＜m≤1，0≤n＜1。

进一步的，(Al,In)GaN基板为单晶类型，Si₂N₂O层为单晶、多晶或无定形类型。

本发明还公开了一种匹配氮化镓材料的低界面态复合介质结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤a：在(Al,In)GaN基板表面形成Ga₂O₃层；

步骤b：在形成有Ga₂O₃层的(Al,In)GaN基板表面形成固态Ga₂O纳米层；