[实用新型]一种GaN/AlGaN栅槽结构

说明书

本实用新型公开了一种GaN/AlGaN栅槽结构，其特征在于包括：一半导体衬底、半导体衬底上的GaN/AlGaN多层外延材料层和GaN/AlGaN多层外延材料层表面上的刻蚀阻挡层；所述刻蚀阻挡层和GaN/AlGaN多层外延材料层上图形化刻蚀有栅槽结构；该栅槽结构具有清洁、平整、低损伤的GaN/AlGaN结构图形，特别适用于HEMT器件，可以有效提高HEMT器件电性和良率。

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种GaN/AlGaN栅槽结构。

背景技术

GaN材料具有禁带宽度宽、高电子迁移率、击穿电场高、输出功率大且耐高温的特点，基于GaN材料的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）可以工作在高压下，导通电阻小，在最近十几年成为了微波功率器件及电路领域的研究热点。

常规工艺制作的AlGaN/GaN HEMT均为耗尽型（阈值电压Vth＜0V）。因为要使用负的开启电压，耗尽型HEMT比增强型（Vth＞0V）HEMT电路设计要复杂得多，这增加了HEMT电路的成本。目前，主要解决AlGaN/GaN HEMT的阈值电压小于零的方法是采用刻蚀凹栅，刻蚀凹栅能降低栅极到沟道的距离从而提高栅极对于沟道的控制，能够有效提高器件的阈值电压。同时，凹栅刻蚀能够提高器件跨导，提高AlGaN/GaN的高频性能，减少由于栅长减短而引起的短沟道效应。

现有凹栅型AlGaN/GaN HEMT器件的刻蚀工艺均存在等离子体对界面的损伤，在等离子刻蚀工艺中，采用Cl2/Ar气体刻蚀的技术比较成熟，主要应用在台面刻蚀，其刻蚀损伤限制了其在凹栅刻蚀时的应用。

部分学者提出采用Cl2/Ar/C2H4混合气体刻蚀，通过引入小流量具有钝化缓冲作用的C2H4降低离子物理轰击作用，从而达到减小凹栅刻蚀表面粗糙度并降低刻蚀损伤的作用；也有部分学者提出采用BCl3/Cl2/Ar或在Cl2/Ar刻蚀后采用N2等离子体处理的方式修复由等离子体刻蚀带来的元素失配；减少对其氯气或碳的氟化物通常作为主刻蚀气体。

然而通过俄歇电子能谱及X射线吸收谱等发现在纯Ar等离子体刻蚀条件下即会产生GaN的N元素被选择性刻蚀，从而形成Ga面形成悬挂键，当暴露在空气环境中时表面极易形成氧化形成Ga-O键。因此Ⅲ-Ⅴ族化合物的刻蚀损伤主要源自于等离子体对于材料表面的物理轰击。所以，急需研究出一种低损伤凹栅结构，以避免因栅槽刻蚀工艺导致的HEMT器件电性和良率降低的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种GaN/AlGaN栅槽结构，该栅槽结构特别适用于HEMT器件，可以有效提高HEMT器件电性和良率。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种GaN/AlGaN栅槽结构，该结构包括：一半导体衬底、半导体衬底上的GaN/AlGaN多层外延材料层和GaN/AlGaN多层外延材料层表面上的刻蚀阻挡层；所述刻蚀阻挡层和GaN/AlGaN多层外延材料层上图形化刻蚀有栅槽结构。

在上述结构中：

所述GaN/AlGaN多层外延材料层的缓冲层可以是未掺杂GaN，也可以是轻掺杂GaN。

所述GaN/AlGaN多层外延材料层的多层外延层和帽层是多层不同性质的AlGaN层。

在本发明实施过程中，形成栅槽结构的方法步骤如下：

（1）在一半导体衬底上生长形成GaN/AlGaN多层外延材料层，所述GaN/AlGaN多层外延材料层包括缓冲层、位于缓冲层表面上的多层外延层、位于多层外延多层表面上的帽层，然后在GaN/AlGaN多层外延材料层的帽层表面上覆盖一层刻蚀阻挡层；