[发明专利]用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物器件的表面钝化结构及其器件

说明书

本发明公开了一种用于Ⅲ‑Ⅴ族氮化物器件的表面钝化结构及其器件，包括位于Ⅲ‑Ⅴ族氮化物基底上的Al_1‑xSc_xN层和Al_ySc_2‑yO₃层，Al_1‑xSc_xN层和Al_ySc_2‑yO₃层由下至上依次层叠设置，其中，Al_1‑xSc_xN层的厚度为0.5~10nm，0＜x≤1；Al_ySc_2‑yO₃层的厚度为1~20nm，0≤y＜2，Al_1‑xSc_xN层的厚度≤Al_ySc_2‑yO₃层的厚度。本发明可以进一步降低界面态的产生，降低器件出现电流崩塌的风险，提高器件可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物器件的表面钝化结构及其器件。

背景技术

电子电力技术在现代人类的生产生活当中扮演着重要的角色，从日常生活中的家用电器到工业生产、电器交通以及新能源技术，电力电子器件无处不在。其中，以氮化镓材料为代表的Ⅲ-Ⅴ族氮化物电子电力器件得到了广泛的运用。氮化镓（GaN）作为第三代宽禁带半导体材料，在与传统的硅（Si）基半导体材料相比，其在特性上优势突出。由于禁带宽度大、导热率高，GaN器件可承载更高的能量密度，可靠性更高；较大的禁带宽度和击穿电场，使得器件导通电阻减小，有利于提升器件的整体能效，这些特点决定了它们在功率开关器件方面具有广泛的应用前景。

然而，由GaN的界面态导致的电流崩塌效应，严重制约着GaN器件的实际应用。电流崩塌现象是指GaN HEMT器件在动态下工作时输出电流降低的现象，在器件关断状态下，在栅电极靠近漏极端一侧的（Al）GaN体内或者表面缺陷态捕获负电荷，形成界面负电荷陷阱区，这些负电荷在静电感应作用下会减少甚至完全耗尽下方沟道区的二维电子气（2DEG），形成沟道耗尽区。当给器件施加栅电压并开启器件时，栅极下方沟道导通，但是界面负电荷陷阱区的负电荷不能及时释放，导致器件不能完全导通，导致电流密度下降以及输出功率减小等现象发生。

现有减小电流崩塌效应的措施主要包括表面介质钝化和场板结构。表面介质钝化主要指利用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法生长氮化硅薄膜，以稳定GaN表面的界面态，阻止表面缺陷态捕获负电荷，从而相对提升了2DEG的浓度。场板结构指位于器件上方且与器件电极相连的金属板，通过介质薄膜与器件隔离，可通过电场调制抑制电流崩塌现象，并提升器件的击穿电压，提高功率输出密度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物器件的表面钝化结构，利用原子层沉积技术沉积Al_1-xSc_xN层和Al_ySc_2-yO₃层双层薄膜进行表面处理，以进一步抑制电流崩塌效应。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：