[发明专利]一种基于氧化腐蚀的增强型GaN PMOS器件及制备方法

说明书

本发明涉及一种基于氧化腐蚀的增强型GaN PMOS器件及制备方法，制备方法包括步骤：在衬底上依次生长成核层、GaN缓冲层、AlGaN背势垒层、GaN沟道层、p型AlGaN层和p型GaN帽层；将栅区域的p型GaN帽层刻蚀掉，露出p型AlGaN层；对露出的p型AlGaN层和p型GaN帽层进行选择性氧化，使得p型AlGaN层形成氧化AlGaN层；湿法腐蚀氧化AlGaN层以露出GaN沟道层，形成栅凹槽结构；在栅凹槽结构一侧的p型GaN帽层上制备源极，另一侧的p型GaN帽层上制备漏极；在源极、漏极、p型GaN帽层和栅凹槽结构的表面制备介质层；在介质层上制备栅极。该制备方法不仅在保证刻蚀深度的同时避免了过腐蚀，而且保护沟道不受等离子体刻蚀损伤，得到较好的表面形貌，降低表面态对沟道迁移率的影响。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种基于氧化腐蚀的增强型GaN PMOS器件及制备方法。

背景技术

以GaN为代表的Ⅲ-Ⅴ族宽带隙氮化物半导体材料是制造微波功率器件，电力电子器件以及发光二极管的重要半导体材料。

近年来，GaN基MOS器件发展迅速，尤其是基于AlGaN/GaN异质结制作的耗尽型及增强型的n沟道MOS管，其具有高工作电流、高击穿电压以及高可靠性等优势。然而，由于GaN材料p型掺杂困难并且具有较高的背景载流子浓度，这使基于GaN材料的PMOS具有较低的工作电流。此外，为实现增强型的GaN基MOS管，往往采用刻蚀凹槽栅的技术耗尽沟道处二维电子气或空穴气。这种技术不可避免地会对沟道产生一定的损伤，降低沟道处载流子的浓度和迁移率，导致器件整体性能下降。对于PMOS而言，这将进一步降低器件整体的性能。因此，减轻或消除刻蚀损伤，从而实现高阈值电压高性能的增强型GaN PMOS器件是十分必要的。

过去，研究者应用了一系列优化手段避免或降低刻蚀对器件所造成的损伤，例如，栅退火修复、TMAH修复、采用浅刻蚀与离子处理相结合的技术等。然而，无论是退火修复或是TMAH修复对于刻蚀损伤的修复能力有限，难以使器件性能有较大的改善；浅刻蚀与离子处理相结合的技术虽然有效的保护了沟道，但离子处理对沟道载流子的耗尽作用有限，难以实现较高的阈值电压。因此，急需寻找一种刻蚀损伤小、同时能够保护沟道的方法实现高性能的PMOS器件。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于氧化腐蚀的增强型GaN PMOS器件及制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于氧化腐蚀的增强型GaN PMOS器件的制备方法，包括步骤：

S1、在衬底上依次生长成核层、GaN缓冲层、AlGaN背势垒层、GaN沟道层、p型AlGaN层和p型GaN帽层；

S2、将栅区域的所述p型GaN帽层刻蚀掉，露出所述p型AlGaN层；

S3、对露出的所述p型AlGaN层和所述p型GaN帽层进行选择性氧化，使得所述p型AlGaN层形成氧化AlGaN层；

S4、采用腐蚀溶液湿法腐蚀所述氧化AlGaN层以露出所述GaN沟道层，形成栅凹槽结构；

S5、在所述栅凹槽结构一侧的所述p型GaN帽层上制备源极，另一侧的所述p型GaN帽层上制备漏极；

S6、在所述源极、所述漏极、所述p型GaN帽层和所述栅凹槽结构的表面制备介质层；

S7、在所述介质层上制备栅极，使得所述栅极位于所述栅凹槽结构中。

在本发明的一个实施例中，所述衬底的材料包括蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓中的一种或多种。

在本发明的一个实施例中，利用金属有机化合物化学气相沉淀工艺，在所述衬底上依次生长所述成核层、所述GaN缓冲层、所述AlGaN背势垒层、所述GaN沟道层、所述p型AlGaN层和所述p型GaN帽层。