[发明专利]增强型开关器件及其制造方法

说明书

本发明涉及增强型开关器件及其制作方法。该方法包括：提供一衬底，在上述衬底上依次形成氮化物成核层、氮化物缓冲层、氮化物沟道层、氮化物势垒层；在上述氮化物势垒层上制作形成介质层，其上定义有栅极区域；在上述栅极区域上形成凹槽结构；在上述凹槽内沉积p型半导体材料；在上述介质层上栅极区域之外的位置刻蚀该介质层，以形成两处欧姆接触区域；在上述两处欧姆接触区域上分别形成源电极和漏电极。通过在氮化物势垒层上生成介质层，并在该介质层栅极处生成凹槽结构，并在凹槽内设置p型半导体材料，达到夹断栅极下方n型导电层以及控制阈值电压的目的，以实现增强型开关器件。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种增强型开关器件，以及制造该增强型开关器件的方法。

背景技术

半导体材料氮化镓由于具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、击穿场强高、导热性能好等特点，已经成为目前的研究热点。在电子器件方面，氮化镓材料比硅和砷化镓更适合于制造高温、高频、高压和大功率器件，因此氮化镓基电子器件具有很好的应用前景。

由于AlGaN/GaN异质结构中存在较强的二维电子气，通常AlGaN/GaN HEMT是耗尽型器件，使得增强型器件不易实现。而在许多地方耗尽型器件的应用又具有一定的局限性，比如在功率开关器件的应用中，需要增强型（常关型）开关器件。增强型氮化镓开关器件主要用于高频器件、功率开关器件和数字电路等，它的研究具有十分重要的意义。

实现增强型氮化镓开关器件，需要找到合适的方法来降低零栅压时栅极下方的沟道载流子浓度，目前报道的方法有刻蚀槽栅、氟注入栅下的势垒层和薄的势垒层等。

刻蚀槽栅是在传统耗尽型AlGaN/GaN HEMT的器件结构上做了略微的变动，没有直接电子束蒸发形成栅极，而是先在预沉积栅极区域刻蚀一个凹槽，再在凹栅窗口上制造肖特基栅，通过减薄势垒层厚度来降低沟道中的电子气密度。要使沟道在零栅压下夹断，势垒层厚度必须减薄到5nm以下，这样正栅压下就不能产生有效的量子限制，形成表面阱，导致沟道在正栅压下不能完全打开，而且表面阱中的电子又增大了栅极漏电流。刻蚀槽栅的方法在2001年由美国伊利诺伊大学的Kumar等人提出，参见文献Kumar，V., etal.:“Recessed 0.25 mm gate AlGaN/GaN HEMTs on SiC with high gate-drain breakdownvoltage using ICP-RIE”, Electron. Lett.2001,37，pp. 1483-1485。

氟注入栅下的势垒层是在势垒层中注入氟离子等带负电的离子，控制注入离子浓度可以耗尽导电沟道中的二维电子气，必须用很强的负离子来夹断沟道，从而降低了沟道打开时的电流。2005年香港科技大学Y.Cai等人利用基于氟化物等离子处理技术，成功研制了高性能的AlGaN/GaN HEMT，参见文献Y.Cai et al. , “High-performanceenhancement-mode AlGaN/GaN HEMTs using fluoride-based plasma treatment”，IEEEElectron Lett. , vol.2, no.7, pp.435-437,2005。

薄的势垒层是采用较薄的AlGaN势垒层方法来降低沟道中二维电子气的密度，日本大阪大学的Akira ENDOH等人使用该法制得了增强型器件，其阈值电压为零伏，参见文献Akira ENDOH_et al.，“Non-Recessed-Gate Enhancement-Mode AlGaN/GaN HighElectron Mobility Transistors with High RF Performance”，JJAP，Vol.43，No.4B，2004，pp.2255-2258。