[发明专利]一种原位MIS栅结构常关型GaN基晶体管及制备方法

权利要求书

1.一种原位MIS栅结构常关型GaN基晶体管，其特征在于，由下往上依次包括衬底(1)，应力缓冲层(2)，GaN外延层(3)，AlGaN外延层(4)，SiO₂钝化层(5)，原位二次外延层GaN(6)/SiN层(7)，两端形成源极(8)和漏极(9)，凹槽沟道处的绝缘层上覆盖有栅极(10)。

2.根据权利要求1所述的一种原位MIS栅结构常关型GaN基晶体管，其特征在于：所述的凹槽呈U型或梯型结构。

3.根据权利要求1所述的一种原位MIS栅结构常关型GaN基晶体管，其特征在于：所述的衬底(1)为Si衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、GaN自支撑衬底中的任一种。

4.根据权利要求1所述的一种原位MIS栅结构常关型GaN基晶体管，其特征在于：所述的应力缓冲层(2)为AlN、AlGaN、GaN的任一种或组合；应力缓冲层厚度为100nm～20μm。

5.根据权利要求1所述的一种原位MIS栅结构常关型GaN基晶体管，其特征在于：所述的一次生长GaN外延层(3)为非故意掺杂的GaN外延层或掺杂的高阻GaN外延层，所述掺杂高阻层的掺杂元素为碳或铁；GaN外延层厚度为100nm～20μm。

6.根据权利要求1所述的一种原位MIS栅结构常关型GaN基晶体管，其特征在于：所述的外延层(4)为高质量的AlGaN层，厚度为5-50nm，且铝组分浓度5％-50％。

7.根据权利要求1所述的一种原位MIS栅结构常关型GaN基晶体管，其特征在于：所述的掩膜层(5)SiO2材料还可以为Al₂O₃、SiN中的一种或任意几种的组合，该层可作为器件的钝化层。

8.根据权利要求1所述的一种原位MIS栅结构常关型GaN基晶体管，其特征在于：所述的二次外延层为高质量原位GaN(6)/SiN(7)结构，其中GaN层只选区生长于槽区，SiN层作为器件栅介质层及钝化层，GaN层厚度为1-100nm，SiN层厚度为1-100nm。

9.根据权利要求8所述的一种原位MIS栅结构常关型GaN基晶体管，其特征在于：所述的GaN层为非故意掺杂的GaN外延层。

10.根据权利要求1所述的一种原位MIS栅结构常关型GaN基晶体管，其特征在于；源极(8)和漏极(9)材料为Ti/Al/Ni/Au合金、Ti/Al/Ti/Au合金、Ti/Al/Mo/Au合金或Ti/Al/Ti/TiN合金；栅极(10)材料为Ni/Au合金、Pt/Al合金、Pd/Au合金或TiN/Ti/Al/Ti/TiN合金。

11.一种权利要求1所述的原位MIS栅结构常关型GaN基晶体管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在Si衬底(1)上生长应力缓冲层(2)；

S2、在应力缓冲层上生长GaN外延层(3)；

S3、在GaN外延层上生长AlGaN外延层(4)；

S4、在AlGaN外延层上沉积一层SiO2，作为掩膜层(5)；

S5、通过光刻的方法，保留形成源、漏极区域之上的掩膜层(5)，露出栅极区域；

S6、通过蚀刻的方式去除栅极下部分半导体层，AlGaN层(4)和部分GaN层(3)，形成凹槽型栅极区域；

S7、选择区域生长二次外延GaN(6)/SiN(7)结构，形成原位GaN/SiN界面；

S8、干法刻蚀完成器件隔离；

S9、刻蚀出源极和漏极欧姆接触区域；

S10、在源极和漏极区域蒸镀上源极(8)和漏极(9)欧姆接触金属；

S11、在凹槽处介质层上栅极区域蒸镀栅极(10)金属。

12.根据权利要求11所述的一种原位MIS栅结构常关型GaN基晶体管的制作方法，其特征在于：所述步骤S1中的应力缓冲层(2)和步骤S2中的GaN外延层(3)及步骤S7中的二次外延GaN(6)/SiN(7)的生长方法为金属有机化学气相沉积法、分子束外延法等高质量成膜方法；所述的步骤S3中外延层AlGaN薄层(4)的生长方法为金属有机化学气相沉积法、分子束外延法等高质量成膜方法；所述步骤S4中掩膜层(5)的生长方法为等离子体增强化学气相沉积法、原子层沉积法、物理气相沉积法或磁控溅射法。

13.根据权利要求11所述的一种原位MIS栅结构常关型GaN基晶体管的制作方法，其特征在于步骤S6形成槽栅的方式可以是湿法也可以是干法刻蚀，或者两者的组合。