[发明专利]GaN器件及其制备方法

说明书

本申请公开了GaN器件及其制备方法，其中，GaN器件包括：GaN衬底和外延片，外延片设置在GaN衬底的第一表面；栅介质层窗口，位于外延片上；CaF₂薄膜，形成在栅介质层窗口上；Al₂O₃薄膜，形成在CaF₂薄膜上，Al₂O₃薄膜与CaF₂薄膜形成栅介质层；多晶硅层，形成在栅介质层的表面；钝化层，形成在外延片和多晶硅层的表面，钝化层具有第一窗口和第二窗口；栅金属电极，形成在第一窗口上，与多晶硅层电连接；源金属电极，形成在第二窗口上；漏金属电极，形成在GaN衬底的第二表面。本申请的GaN器件可以避免栅介质层与GaN界面处C族聚集的现象，从而提高界面特性；C可以有效降低栅极泄露电流，提高GaN器件的抗击穿能力和器件稳定性。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及GaN器件及其制备方法。

背景技术

碳化硅(GaN)半导体材料具有宽带隙、高临界击穿场强、高饱和漂移速度以及低能量损耗等突出优点，尤其适合制作高温、高频、大功率和抗辐射电子器件，在5G通信、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域具有广阔的前景。在当前节能减排和低碳环保的发展要求下，新一代GaN功率器件产业发展需求不断上升。

目前，针对GaN基MOS器件，栅介质层材料普遍以二氧化硅(SiO₂)为首选，通常采用热生长法制备。然而，由于SiO₂与GaN之间存在着严重的晶格失配，并且高温下SiO₂和GaN界面处存在着大量的缺陷态聚集，这种界面缺陷对沟道的载流子的散射会导致电子迁移率的降低。另一方面，SiO₂层的介电常数相对于GaN基材而言较低(ε_SiO2＝3.9；ε_GaN＝10)，因此在高温高压电场下会导致SiO₂中的电场强度约为GaN中的2.5倍，会导致SiO₂层会提前击穿，这严重限制了GaN的优越性。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了GaN器件及其制备方法。

本发明采取的技术方案如下：

一种GaN器件，包括：

GaN基材，所述GaN基材具有GaN衬底和外延片，所述GaN衬底具有第一表面和第二表面，所述外延片设置在GaN衬底的第一表面；

栅介质层窗口，位于所述外延片上；

CaF₂薄膜，形成在所述栅介质层窗口上；

Al₂O₃薄膜，形成在所述CaF₂薄膜上，Al₂O₃薄膜与所述CaF₂薄膜形成栅介质层；

多晶硅层，形成在所述栅介质层的表面；

钝化层，形成在所述外延片和多晶硅层的表面，所述钝化层具有第一窗口和第二窗口，所述第一窗口与所述多晶硅层对应，所述第二窗口与所述外延片对应；

栅金属电极，形成在所述第一窗口上，与所述多晶硅层电连接；

源金属电极，形成在所述第二窗口上；

漏金属电极，形成在所述GaN衬底的第二表面。

本申请的GaN器件由于CaF₂薄膜在生长过程中不会消耗外延片中的Si原子，可以避免栅介质层与GaN界面处C族聚集的现象，从而提高界面特性；CaF₂薄膜的介电常数与SiO₂相比较高，可以避免电场过于集中在栅介质层，同时其临界电场和GaN相似，所以可以有效降低栅极泄露电流，提高GaN器件的抗击穿能力和器件稳定性。