[发明专利]一种新型增强型GaN HEMT器件结构

说明书

本发明提供一种新型增强型GaN HEMT器件结构，由如下步骤制备而成：外延生长；PN结栅叠层生长；Si基GaN外延晶片清洗；光刻及对准标记形成；台面隔离；刻蚀PN结叠层；源、漏欧姆接触；钝化层沉积；栅槽刻蚀；栅金属沉积；保护层沉积；开孔及金属互联。本发明以p型栅为基础设计了PN结栅型GaN HEMT，通过在p‑GaN上面加了一层n‑GaN，形成PN结，利用PN结在栅加电压时，PN结反向偏置，增大栅极击穿电压Vg，具有大的栅压摆幅，非常适合于功率开关的应用，可以获得更大的栅极驱动偏置以确保安全操作。

技术领域

本发明涉及电子元器件制造技术领域，具体涉及一种新型增强型GaN HEMT(氮化镓高电子迁移率晶体管)器件结构。

背景技术

增强型GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)器件一直是氮化物器件研究中的热点，已报道的几种主流实现增强型应用的方法中，以p-GaN作为栅帽层实现了增强型GaN HEMT器件技术在界面质量、器件开态特性、GaN大功率应用中等方面具有极大的潜力，近年来受到广泛关注。

尽管p-GaN栅极HEMT产生的正向栅极击穿电压大于10V，但由于高电场下的栅极泄漏引起的栅极/p-GaN界面退化，长期可靠运行所允许的最大栅极偏置电压将明显降低。导致高功率电源开关应用中，肖特基型p-GaN栅极功率HEMT的阈值电压相对较小，这又对抑制栅极振铃和误导通产生了较高要求。因此，非常需要开发一种能够进一步减少栅极泄漏并提高正向栅极击穿电压的器件结构，从而可以获得更大的栅极驱动偏置以确保安全操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型增强型GaN HEMT器件结构，以p型栅为基础设计了PN结栅型GaN HEMT，通过在p-GaN上面加了一层n-GaN，形成PN结，利用PN结在栅加电压时，PN结反向偏置，增大栅极击穿电压Vg，具有大的栅压摆幅，非常适合于功率开关的应用，可以获得更大的栅极驱动偏置以确保安全操作。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种新型增强型GaN HEMT器件结构，由如下步骤制备而成：

1)外延生长：在Si衬底上通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)自下而上分别生长AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层、GaN冒层，形成Si基GaN外延晶片；

2)PN结栅叠层生长：通过金属有机化学气相沉积生长PN结栅叠层，自下而上由100nm厚的p-GaN层和30nm厚的n-GaN层组成，其中p-GaN层的Mg掺杂浓度为3×10¹⁹cm^-3，而n-GaN层的Si掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3；

3)Si基GaN外延晶片清洗：将外延衬底依次放入MOS级丙酮和MOS级乙醇中超声3min，用流动的去离子水清洗样片2min并用氮气枪吹干；接着将器件浸入HF:HCl:H₂O体积比为1:4:20的溶液1min，去除表面上的天然氧化物，然后用去离子水冲洗2min并用氮气枪吹干，完成样品清洗；

4)光刻及对准标记形成：对样品甩正胶S9912，转速6000转/min，在100℃的热板上烘5min，通过紫外光刻、显影、定影，形成腐蚀窗口，同时在光刻胶上形成对准标记；

5)台面隔离：采用反应离子刻蚀(RIE)法，利用Cl₂作为反应刻蚀气体，干法刻蚀GaN冒层、AlGaN势垒层、AlN插入层和部分GaN缓冲层；将有源区以外的异质结二维电子气刻蚀掉，形成器件有源区之间的隔离；