[发明专利]一种GaN基p型栅结构的制备方法

说明书

本发明提供一种GaN基p型栅结构的制备方法，其步骤包括：在氮化镓基材料表面涂敷光刻胶并光刻待刻蚀区域图形；采用干法刻蚀以光刻胶为掩膜，刻蚀暴露区域的GaN cap层和~90%厚度的p型栅层，去除剩余光刻胶；对处理后的氮化镓基材料进行氧化处理；将氮化镓基材料置于腐蚀性溶液中进行腐蚀，得到GaN基p型栅结构。该方法采用干法和湿法混合刻蚀，完成GaN基p型栅结构的制备；其中的湿法腐蚀解决了干法刻蚀引起的表面损伤问题，其自停止特性保证了刻蚀深度的均匀性；其中的干法刻蚀将湿法腐蚀需要刻蚀的厚度明显缩小，可大大减小单纯采用湿法腐蚀所需氧化和腐蚀时间，不仅提高了效率，更减小了侧向腐蚀效应，保证了工艺可控性。

技术领域

本发明是关于氮化镓基（GaN）材料及器件的半导体技术领域，具体涉及一种GaN基p型栅结构的制备方法。

背景技术

以AlGaN/GaN、InGaN/GaN、InAlGa/GaN等为材料基础的器件统称为氮化镓基器件，例如AlGaN/GaN异质结场效应管（heterostructure field effect transistors, HFET），异质结双极晶体管（heterostructure bipolar transistor, HBT）等。氮化镓基器件具有击穿场强大、电子迁移率高、饱和速度大等优点，被认为是下一代功率开关器件的有力竞争者，近年来备受研究者青睐。

然而由于上述材料体系中异质结结构具有强大的自发极化和压电极化效应，基于上述材料体系的GaN基异质结场效应管均为耗尽型器件，即其阈值电压为负。在实际功率转换应用中，增强型器件更受青睐，一方面增强型器件可以降低驱动电路的设计复杂度；另一方面，增强型器件可以避免误操作的风险。目前，实现增强型器件的技术中主要包括氟离子注入技术、凹槽栅技术、p型栅技术等。其中，p型栅技术最为成熟，也是在目前商业化GaN产品中采用最多的技术。然而，目前p型栅结构的制备仍然采用基于电感耦合（ICP）或反应离子刻蚀（RIE）的干法刻蚀技术，一方面干法刻蚀容易对GaN表面造成损伤，引起器件性能退化；另一方面，干法刻蚀刻蚀速率控制难度高、刻蚀深度不一致性大，从而造成片内/片间器件特性的一致性差，进而降低GaN产品良率。另一方面，针对p型栅结构的湿法腐蚀技术尚不成熟，同时，湿法腐蚀过程将不可避免的引入侧向腐蚀现象，影响器件工艺可控性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种GaN基p型栅结构的制备方法，这种方法基于定制化GaN外延结构，提供一种干法和湿法相结合的混合刻蚀技术完成p型栅结构的制备，通过干法刻蚀完成p型栅层90%±5%厚度的刻蚀，剩余厚度的p型栅层采用湿法腐蚀完成，进而完成p型栅结构的制备。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种GaN基p型栅结构的制备方法，其步骤包括：

1）在氮化镓基材料表面涂敷光刻胶，并光刻待刻蚀区域图形；氮化镓基材料为定制化外延片结构，所述定制化外延片结构自下而上包括：1）外延衬底Substrate；2）高阻GaN缓存层（GaN buffer）；3）GaN沟道层；4）势垒层；5）GaN截止层；6）p型栅层；7）GaN盖帽层（GaNcap）；

2）采用干法刻蚀技术，以光刻胶为掩膜，刻蚀氮化镓基材料表面的待刻蚀区域的GaN盖帽层及下面对应的90%±5%厚度的p型栅层，再去除剩余光刻胶；

3）对经过步骤2）处理后的氮化镓基材料进行氧化处理，即对经过刻蚀后剩余厚度的p型栅层进行氧化处理；

4）将氧化处理后的氮化镓基材料整体置于腐蚀性溶液中进行腐蚀，即对氧化后的p型栅层进行腐蚀处理，得到GaN基p型栅结构。

进一步地，所述外延衬底包括但不限于硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底。

进一步地，所述高阻GaN缓存层包括但不限于碳掺杂或铁掺杂GaN层。