[发明专利]一种GaN基材料的凹槽制备方法

说明书

本发明提供一种GaN基材料的凹槽制备方法，其制备步骤包括：在特定结构的氮化镓基材料表面涂敷光刻胶并光刻非凹槽区域；刻蚀非凹槽区域并去除光刻胶；将氮化镓基材料置于腐蚀性溶液中进行腐蚀；所述氮化镓基材料的结构自下而上包括：外延衬底、GaN缓冲层、牺牲层、势垒层、GaN盖帽层。本发明制备的氮化镓基凹槽结构，由于凹槽区域基于全湿法腐蚀工艺，同时由于腐蚀溶液对牺牲层的高选择比，使其腐蚀深度均匀且表面无损伤，有利于提升器件性能，同时该方法简单，具有很高的可操作性和可重复性，利于大规模实施。

技术领域

本发明是关于半导体技术领域氮化镓基（GaN）材料，具体涉及一种GaN基材料的凹槽制备方法。

背景技术

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GaN基异质结强大的压电极化和自发极化效应，常规基于GaN基异质结结构的HEMT（高电子迁移率晶体管）器件通常为耗尽型器件，即其阈值电压为负。这增加了其栅极驱动电路设计的难度和复杂性，同时耗尽型器件也存在失效安全方面的缺陷，因此很难具备商用能力。

目前，凹槽栅技术是实现增强型GaN HEMT器件的有效方案之一。凹槽技术通过将栅极区域势垒层减薄至一定程度将其区域的二维电子气（2DEG）耗尽而保持其栅源和栅漏区域2DEG不变，进而实现增强型器件。然而，凹槽技术势垒层的减薄通常采用干法刻蚀完成，而干法刻蚀一方面由于精度难以精确控制造成刻蚀深度不均匀，另一方面刻蚀过程造成大量的表面缺陷，严重影响器件电学特性。另外一种凹槽技术采用高温氧化加湿法腐蚀能够实现自停止的势垒层减薄，然而该过程由于长时间的高温氧化容易造成GaN表面特性恶化，严重影响器件动态特性。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种氮化镓基材料的凹槽制备方法，这种方法通过在HEMT结构中插入一层牺牲层结构，通过刻蚀非凹槽区域使牺牲层暴露于腐蚀液中，选择特定的腐蚀液完成牺牲层的腐蚀，而对其他层没有影响，进而完成凹槽结构制备。采用上述方案制备得到的凹槽结构，腐蚀深度均匀且表面无损伤，有利于提升凹槽型GaN器件的特性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氮化镓基材料的凹槽制备方法，其特征在于：在氮化镓基材料表面涂敷光刻胶并光刻非凹槽区域，再刻蚀非凹槽区域并去除光刻胶；然后将所述氮化镓基材料整体置于腐蚀性溶液中，腐蚀性溶液对凹槽区域进行腐蚀，完成GaN基材料的凹槽制备；所述氮化镓基材料自下而上包括：1）外延衬底 Substrate；2）GaN缓冲层（GaN buffer）；3）牺牲层；4）势垒层；5）GaN盖帽层（GaN cap）；所述氮化镓基材料表面指GaN盖帽层；所述非凹槽区域被刻蚀深度部分至少包括牺牲层、势垒层、GaN盖帽层。

进一步地，所述凹槽区域指的是需要制备凹槽结构的区域，凹槽区域代表的是氮化镓基材料的特定区域，该特定区域在制备之前自下而上包括1）外延衬底 Substrate；2）GaN缓冲层（GaN buffer）；3）牺牲层；4）势垒层；5）GaN盖帽层（GaN cap）；在完成一系列制备工艺过程后，凹槽区域将自动演变成凹槽结构，凹槽结构自下而上包括：1）外延衬底Substrate；2）GaN缓冲层（GaN buffer）。

进一步地，所述外延衬底可以选择硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底中的任意一种，但不限于这几种。

进一步地，所述GaN缓冲层包括高阻GaN层和GaN沟道层，其中高阻GaN层包括但不限于碳掺杂GaN层或铁掺杂GaN层。

进一步地，所述牺牲层不影响氮化镓基材料的2DEG特性，同时所述牺牲层能够被特定腐蚀液腐蚀而不腐蚀GaN沟道层和势垒层，牺牲层的厚度为1-5nm。

进一步地，所述势垒层可以选择AlGaN、InAlN、InGaN中的任意一种，但不限于这几种。

进一步地，所述GaN盖帽层厚度为2-5nm。