CN113540231B - 基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于原位生长MIS结构的P‑GaN高电子迁移率晶体管，包括衬底，衬底上从下至上依次设置有成核层、缓冲层、沟道层和势垒层，势垒层的上部设置有源极、漏极和P‑GaN层，P‑GaN层的上部设置有原位生长的介质层，介质层上部设有栅极，势垒层、源极、漏极和栅极的上部设置有钝化层。本发明还提供了上述晶体管的制备方法，包括以下步骤：S1、提供衬底，淀积成核层；S2、淀积缓冲层和沟道层；S3、淀积势垒层；S4、淀积P‑GaN层；S5、在P‑GaN层上原位生长一层介质层；S6、刻蚀P‑GaN层和介质层；S7、分别制作掩膜，淀积源极、漏极和栅极，淀积钝化层，开孔，引出电极，即得到所述晶体管。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种原位生长MIS结构的P-GaN HEMT器件，可用于功率开关和功率转换电路。
背景技术
随着半导体功率开关器件领域的不断发展，第三代宽禁带半导体以其电子迁移率高、禁带宽度大、临界击穿场强高、电子饱和漂移速度高等卓越的材料优势在功率开关领域中备受关注。以GaN材料为代表的第三代宽禁带半导体通过调制掺杂形成AlGaN/GaN等异质结结构保留了材料的优良特性，以此制作的高电子迁移率晶体管在功率开关领域中得到广泛应用。
然而由于异质结存在天然的二维电子气，这使得传统的GaN基高电子迁移率晶体管必须施加负栅压才能够正常关断，这种器件被称之为耗尽型器件。这额外增加了电路的功耗，同时增大了驱动电路的设计复杂度。此外，在电路发生故障时，不能保证操作安全。因此研究者们期望得到增强型的GaN基高电子迁移率晶体管。国际上实现增强型器件的办法有：P-GaN技术、F离子注入、凹槽栅等。其中P-GaN技术因其较好的阈值电压可控性和一致性、对器件的损伤较小率先实现商业化。然而P-GaN技术也存在明显缺陷，其一是非栅区域P-GaN刻蚀深度难以把握，刻蚀深度不均匀，表面缺陷较多。其二是PN结结构使得栅漏电很大。为了减小P-GaN高电子迁移率晶体管的栅漏电，通常采用的有效方法是引入MIS结构。传统MIS结构为非原位生长，即对材料表面进行清洁之后利用ALD淀积一层介质，但界面无法做到完全清洁，界面质量较差、界面态密度较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管及制备方法，在实现抑制栅漏电的同时保证高质量的半导体-介质界面，与传统MIS结构器件相比，降低了界面态密度，改善了器件特性。
本发明的第一个目的是提供一种基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管，包括衬底，衬底上从下至上依次设置有成核层、缓冲层、沟道层和势垒层，势垒层的上部设置有源极、漏极和P-GaN层，P-GaN层位于源极和漏极之间，P-GaN层的上部设置有原位生长的介质层，介质层上部设有栅极，势垒层、源极、漏极和栅极的上部设置有钝化层。
优选的，所述衬底的材料为蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓中的一种，成核层的材料为氮化铝，缓冲层和沟道层的材料均为氮化镓，势垒层为AlxGa(1-x)N，介质层的材料为氮化硅、氧化镓、氧化铝、氮化铝中的一种，钝化层的材料为氮化硅或二氧化硅。
优选的，所述AlxGa(1-x)N势垒层中，Al组分为0.1-0.2。
优选的，所述成核层(2)、缓冲层(3)、沟道层(4)、势垒层(5)、P-GaN层(8)、介质层(9)和钝化层(11)的厚度分别为30-100nm、0.5-5μm、50-500nm、10-40nm、60-90nm、10-30nm和50-400nm。
本发明的第二个目的是提供一种上述晶体管的制备方法，包括以下步骤：
S1、提供衬底，对衬底进行预处理和热处理，采用金属有机化合物化学气相淀积MOCVD工艺淀积成核层；
S2、在成核层上，采用MOCVD工艺依次淀积缓冲层和沟道层；
S3、在沟道层上，采用MOCVD工艺淀积势垒层，势垒层的成分为AlxGa(1-x)N，AlxGa(1-x)N势垒层中，Al组分为0.1-0.2，淀积厚度为10-40nm；
S4、在AlxGa(1-x)N势垒层上，采用MOCVD工艺淀积厚度为60-90nm的P-GaN层，得到外延片；
S5、继续将外延片置于MOCVD腔室，在P-GaN层上原位生长一层厚度为10-30nm的介质层；
S6、刻蚀所述P-GaN区域以外的P-GaN层和介质层，露出AlxGa(1-x)N势垒层；
S7、在AlxGa(1-x)N势垒层上制作掩膜，采用电子束蒸发工艺淀积源极和漏极，并在850℃下进行退火；
S8、在介质层上制作掩膜，采用电子束蒸发工艺淀积栅极；
S9、采用等离子体增强化学气相沉积PECVD工艺在势垒层、源极、漏极和栅极的上部淀积钝化层；
S10、在源极、漏极、栅极上方的钝化层开孔，引出电极，即得到所述晶体管。
优选的，步骤S1中，所述衬底预处理和热处理的操作步骤为：对衬底利用丙酮、无水乙醇溶液和去离子水进行超声清洗，并在氢气氛围中以1050℃对衬底热处理10分钟。
优选的，步骤S1中，所述MOCVD工艺中的压力为10-100Torr，Al源流量为10-100sccm，氨气流量为3000-6000sccm，氢气流量为1000-2000sccm，温度为900℃，步骤S2中，所述MOCVD工艺中的反应室压力为10-100Torr，Ga源流量为50-100μmol/min，氨气流量为3000-6000sccm，氢气流量为1000-2000sccm，温度为900℃。
优选的，步骤S3中，所述MOCVD工艺中的反应室压力为10-100Torr，Al源流量为10-30μmol/min，Ga源流量为30-90μmol/min，氨气流量为3000-6000sccm，氢气流量为1000-2000sccm，温度为900℃。
优选的，步骤S4中，所述MOCVD工艺中的反应室压力为10-100Torr，Ga源流量为50-100μmol/min，氨气流量为3000-6000sccm，氢气流量为1000-2000sccm，温度为900℃，步骤S5中，所述MOCVD工艺中的反应室压力0-100Torr，温度为900℃，步骤S9中，PECVD工艺中的反应室压力为0.5-30Pa，反应室温度为200-350℃，反应室中同时通入甲硅烷和一氧化二氮气体或甲硅烷和氨气气体。
优选的，步骤S7中，所述源极和漏极金属采用Ti/Al/Ni/Au组合，其中Ti金属的厚度为20-100nm，Al金属的厚度为100-300nm，Ni金属的厚度为20-200nm，Au金属的厚度为20-200nm，步骤S8中，所述栅极金属采用Ni/Au组合，其中Ni金属的厚度为20-100nm，Au金属的厚度为50-500nm。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
(1)本发明提供的晶体管采用了MIS结构，可以抑制P-GaN高电子迁移率晶体管的栅漏电，可以将栅正向耐压从常规P-GaN器件的5～7V提升至10～20V，较大的增加了栅压摆幅；
(2)本发明中的MIS结构为原位生长，界面质量高，界面态密度低，与传统MIS结构相比性能更好，长期可靠性更好。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管的制备流程图；
图3为本发明实施例1提供的基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管与传统结构P-GaN高电子迁移率晶体管的栅漏电对比图；
图中：1、衬底；2、成核层；3、缓冲层；4、沟道层；5、势垒层；6、源极；7、漏极；8、P-GaN层；9、介质层；10、栅极；11、钝化层。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供的基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管，包括衬底1，衬底1上从下至上依次设置有成核层2、缓冲层3、沟道层4和势垒层5，势垒层5的上部设置有源极6、漏极7和P-GaN层8，P-GaN层8位于源极6和漏极7之间，P-GaN层8的上部设置有原位生长的介质层9，介质层9的上部设置有栅极10，势垒层5、源极6、漏极7和栅极10的上部设置有钝化层11。
衬底1的材料为蓝宝石，成核层2的材料为氮化铝，缓冲层3和沟道层4的材料均为氮化镓，势垒层5为AlxGa(1-x)N，介质层9的材料可为氮化铝，钝化层11的材料为氮化硅或二氧化硅。
AlxGa(1-x)N势垒层5中，Al组分为0.1。
势垒层5、P-GaN层8和介质层9的厚度分别为40nm、60nm和10nm。
如图2所示，本发明实施例还提供了一种上述晶体管的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、提供衬底1，将衬底放入HF酸溶液中浸泡1min，再依次放入丙酮溶液、无水乙醇溶液和去离子水中各超声清洗10min以消除表面悬挂键，将清洗吹干后的衬底在H2氛围反应室的1050℃温度下进行热处理10分钟，以去除表面污染物，接着将衬底放入金属有机物化学气相淀积MOCVD系统中，MOCVD系统的参数设置为：反应室压力为10Torr、温度为900℃，向反应室内同时通入流量为30sccm的Al源、流量为1000sccm的氢气和流量为3000sccm的氨气，采用MOCVD工艺淀积生长30nm的AlN成核层2；
S2、在成核层2上，采用MOCVD工艺依次淀积0.5μm的GaN缓冲层3和50nm的GaN沟道层4，MOCVD工艺参数为：反应室压力为10Torr、温度为900℃，向反应室同时通入流量为50μmol/min的Ga源、流量为1000sccm的氢气和流量为3000sccm的氨气；
S3、在沟道层4上，采用MOCVD工艺淀积势垒层5，势垒层5的成分为AlxGa(1-x)N，AlxGa(1-x)N势垒层5中，Al组分为0.1，淀积厚度为40nm，MOCVD工艺参数为：反应室压力为10Torr，温度为900℃，向反应室同时通入流量为10μmol/min的Al源、流量为30μmol/min的Ga源、流量为1000sccm的氢气和流量为3000sccm的氨气；
S4、在AlxGa(1-x)N势垒层5上，采用MOCVD工艺在P-GaN窗口上淀积厚度为60nm的P-GaN层8，得到外延片，MOCVD工艺参数为：反应室压力为10Torr、温度为900℃，向反应室同时通入流量为50μmol/min的Ga源、流量为1000sccm的氢气和流量为3000sccm的氨气；
S5、继续将外延片置于MOCVD腔室，在P-GaN层8上原位生长一层厚度为10nm的AlN介质层9，MOCVD工艺参数为：反应室压力为10Torr、温度为900℃，向反应室同时通入10sccm的Al源、流量为3000sccm的氨气、流量为1000sccm的氢气；
S6、刻蚀所述P-GaN区域以外的P-GaN层8和介质层9，露出AlxGa(1-x)N势垒层5；
S7、在AlxGa(1-x)N势垒层5上制作掩膜，形成欧姆窗口，放入E-Beam电子束蒸发设备，采用电子束蒸发工艺淀积源极6和漏极7，Ti/Al/Ni/Au金属作为源极和漏极，电子束蒸发工艺的速率为0.1nm/s，并在850℃下进行退火30s，其中Ti的厚度为20nm，Al的厚度为100nm，Ni的厚度为20nm，Au的厚度为20nm；
S8、在AlN介质层9上制作掩膜，形成栅极窗口，将形成栅极窗口的样品放置在电子束蒸发反应室中，利用纯度均为99.999％的镍和金靶材，在栅极窗口中采用电子束蒸发工艺淀积金属Ni/Au作为栅极10，其中Ni的厚度为20nm，Au的厚度为50nm；
S9、将进行完上述步骤的样片放入等离子体化学气相淀积PECVD反应室内，PECVD工艺在势垒层5、源极6、漏极7和栅极10的上部淀积50nm厚的SiO2钝化层11，PECVD工艺的参数设置为：反应室压力为0.5Pa、温度为200℃，向反应室同时通入流量为20sccm的SiH4和流量为100sccm的N2O；
S10、在源极6、漏极7、栅极10上方的钝化层11上开孔，引出电极，即得到所述晶体管。
实施例2
本发明实施例提供基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管，包括衬底1，衬底1上从下至上依次设置有成核层2、缓冲层3、沟道层4和势垒层5，势垒层5的上部设置有源极6、漏极7和P-GaN层8，P-GaN层8位于源极6和漏极7之间，P-GaN层8的上部设置有原位生长的介质层9，介质层9的上部设置有栅极10，势垒层5、源极6、漏极7和栅极10的上部设置有钝化层11。
衬底1的材料为碳化硅，成核层2的材料为氮化铝，缓冲层3和沟道层4的材料均为氮化镓，势垒层5为AlxGa(1-x)N，介质层9的材料为氧化铝，钝化层11的材料为氮化硅或二氧化硅。
AlxGa(1-x)N势垒层5中，Al组分为0.15。
势垒层5、P-GaN层8和介质层9的厚度分别为20nm、75nm和20nm。
本发明实施例还提供了一种上述晶体管的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、提供衬底1，将衬底放入HF酸溶液中浸泡1min，再依次放入丙酮溶液、无水乙醇溶液和去离子水中各超声清洗10min以消除表面悬挂键，将清洗吹干后的衬底在H2氛围反应室的1050℃温度下进行热处理10分钟，以去除表面污染物，接着将衬底放入金属有机物化学气相淀积MOCVD系统中，MOCVD系统的参数设置为：反应室压力为50Torr、温度为900℃，向反应室内同时通入流量为60sccm的Al源、流量为1500sccm的氢气和流量为4500sccm的氨气，采用MOCVD工艺淀积生长60nm的AlN成核层2；
S2、在成核层2上，采用MOCVD工艺依次淀积厚度为3μm的GaN缓冲层3和厚度为300nm的GaN沟道层4，MOCVD工艺参数为：反应室压力为50Torr、温度为900℃，向反应室同时通入流量为70μmol/min的Ga源、流量为1500sccm的氢气和流量为4500sccm的氨气；
S3、在沟道层4上，采用MOCVD工艺淀积势垒层5，势垒层5的成分为AlxGa(1-x)N，AlxGa(1-x)N势垒层5中，Al组分为0.15，淀积厚度为20nm，MOCVD工艺参数为：反应室压力为50Torr，温度为900℃，向反应室同时通入流量为20μmol/min的Al源、流量为60μmol/min的Ga源、流量为1500sccm的氢气和流量为4500sccm的氨气；
S4、在AlxGa(1-x)N势垒层5上，采用MOCVD工艺在P-GaN窗口上淀积厚度为75nm的P-GaN层8，得到外延片，MOCVD工艺参数为：反应室压力为50Torr、温度为900℃，向反应室同时通入流量为70μmol/min的Ga源、流量为1500sccm的氢气和流量为4500sccm的氨气；
S5、继续将外延片置于MOCVD腔室，在P-GaN层8上原位生长一层厚度为20nm的氧化铝介质层9，MOCVD工艺参数为：反应室压力为50Torr、温度为900℃，向反应室同时通入60sccm的Al源、流量为1500sccm的氧气；
S6、刻蚀所述P-GaN区域以外的P-GaN层8和介质层9，露出AlxGa(1-x)N势垒层5；
S7、在AlxGa(1-x)N势垒层5上制作掩膜，形成欧姆窗口，放入E-Beam电子束蒸发设备，采用电子束蒸发工艺淀积源极6和漏极7，Ti/Al/Ni/Au金属作为源极和漏极，电子束蒸发工艺的速率为0.1nm/s，并在850℃下进行退火30s，其中Ti的厚度为50nm，Al的厚度为150nm，Ni的厚度为100nm，Au的厚度为100nm；
S8、在氧化铝介质层9上制作掩膜，形成栅极窗口，将形成栅极窗口的样品放置在电子束蒸发反应室中，利用纯度均为99.999％的镍和金靶材，在栅极窗口中采用电子束蒸发工艺淀积金属Ni/Au作为栅极10，其中Ni的厚度为100nm，Au的厚度为250nm；
S9、将进行完上述步骤的样片放入等离子体化学气相淀积PECVD反应室内，采用PECVD工艺在势垒层5、源极6、漏极7和栅极10的上部淀积200nm厚的SiO2钝化层11，PECVD工艺的参数设置为：反应室压力为10Pa、温度为280℃，向反应室同时通入流量为30sccm的SiH4和流量为300sccm的N2O；
S10、在源极6、漏极7、栅极10上方的钝化层11上开孔，引出电极，即得到所述晶体管。
实施例3
本发明实施例提供基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管，包括衬底1，衬底1上从下至上依次设置有成核层2、缓冲层3、沟道层4和势垒层5，势垒层5的上部设置有源极6、漏极7和P-GaN层8，P-GaN层8位于源极6和漏极7之间，P-GaN层8的上部设置有原位生长的介质层9，介质层9的上部设置有栅极10，势垒层5、源极6、漏极7和栅极10的上部设置有钝化层11。
衬底1的材料为氮化镓，成核层2的材料为氮化铝，缓冲层3和沟道层4的材料均为氮化镓，势垒层5为AlxGa(1-x)N，介质层9的材料为氮化铝，钝化层11的材料为氮化硅或二氧化硅。
AlxGa(1-x)N势垒层5中，Al组分为0.2。
势垒层5、P-GaN层8和介质层9的厚度分别为10nm、90nm和30nm。
本发明实施例还提供了一种上述晶体管的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、提供衬底1，将衬底放入HF酸溶液中浸泡1min，再依次放入丙酮溶液、无水乙醇溶液和去离子水中各超声清洗10min以消除表面悬挂键，将清洗吹干后的衬底在H2氛围反应室的1050℃温度下进行热处理10分钟，以去除表面污染物，接着将衬底放入金属有机物化学气相淀积MOCVD系统中，MOCVD系统的参数设置为：反应室压力为100Torr、温度为900℃，向反应室内同时通入流量为100sccm的Al源、流量为2000sccm的氢气和流量为6000sccm的氨气，采用MOCVD工艺淀积生长厚度为100nm的AlN成核层2；
S2、在成核层2上，采用MOCVD工艺依次淀积厚度为5μm的GaN缓冲层3和厚度为500nm的GaN沟道层4，MOCVD工艺参数为：反应室压力为100Torr、温度为900℃，向反应室同时通入流量为100μmol/min的Ga源、流量为2000sccm的氢气和流量为6000sccm的氨气；
S3、在沟道层4上，采用MOCVD工艺淀积势垒层5，势垒层5的成分为AlxGa(1-x)N，AlxGa(1-x)N势垒层5中，Al组分为0.2，淀积厚度为10nm，MOCVD工艺参数为：反应室压力为100Torr，温度为900℃，向反应室同时通入流量为30μmol/min的Al源、流量为90μmol/min的Ga源、流量为2000sccm的氢气和流量为6000sccm的氨气；
S4、在AlxGa(1-x)N势垒层5上，采用MOCVD工艺在P-GaN窗口上淀积厚度为90nm的P-GaN层8，得到外延片，MOCVD工艺参数为：反应室压力为100Torr、温度为900℃，向反应室同时通入流量为100μmol/min的Ga源、流量为2000sccm的氢气和流量为6000sccm的氨气；
S5、继续将外延片置于MOCVD腔室，在P-GaN层8上原位生长一层厚度为30nm的AlN介质层9，MOCVD工艺参数为：反应室压力为100Torr、温度为900℃，向反应室同时通入100sccm的Al源、流量为2000sccm的氢气和流量为6000sccm的氨气；
S6、刻蚀所述P-GaN区域以外的P-GaN层8和介质层9，露出AlxGa(1-x)N势垒层5；
S7、在AlxGa(1-x)N势垒层5上制作掩膜，形成欧姆窗口，放入E-Beam电子束蒸发设备，采用电子束蒸发工艺淀积源极6和漏极7，Ti/Al/Ni/Au金属作为源极和漏极，电子束蒸发工艺的速率为0.1nm/s，并在850℃下进行退火30s，其中Ti的厚度为100nm，Al的厚度为300nm，Ni的厚度为200nm，Au的厚度为200nm；
S8、在AlN介质层9上制作掩膜，形成栅极窗口，将形成栅极窗口的样品放置在电子束蒸发反应室中，利用纯度均为99.999％的镍和金靶材，在栅极窗口中采用电子束蒸发工艺淀积金属Ni/Au作为栅极10，其中Ni的厚度为100nm，Au的厚度为500nm；
S9、将进行完上述步骤的样片放入等离子体化学气相淀积PECVD反应室内，采用PECVD工艺在势垒层5、源极6、漏极7和栅极10的上部淀积400nm厚的SiN钝化层11，PECVD工艺的参数设置为：反应室压力为30Pa、温度为350℃，向反应室同时通入流量为40sccm的SiH4和流量为80sccm的NH3；
S10、在源极6、漏极7、栅极10上方的钝化层11上开孔，引出电极，即得到所述晶体管。
下面对本发明实施例1提供的P-GaN高电子迁移率晶体管与传统结构的P-GaN高电子迁移率晶体管性能进行研究
传统结构的P-GaN高电子迁移率晶体管通过采用文献名称为：Normally-off p-GaN Gated AlGaN/GaN HEMTsUsing Plasma Oxidation Technique in Access Region，文献号为10.1109/JEDS.2020.2975620的文献中提供的方法制备得到。
图3为本发明实施例1提供的基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管与传统结构P-GaN高电子迁移率晶体管的栅漏电对比图，通过图3可以看出，与传统结构的高电子迁移率晶体管相比，本发明实施例1通过引入原位生长的MIS结构，所制备得到的P-GaN高电子迁移率晶体管的栅漏电得到明显抑制，栅耐压得以提升。
综上所述，本发明实施例1-3提供的晶体管采用了MIS结构，可以抑制P-GaN高电子迁移率晶体管的栅漏电，增加栅正向耐压；而且本发明中的MIS结构为原位生长，界面质量高，界面态密度低，与传统MIS结构相比性能更好，长期可靠性更好。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、提供衬底(1)，对衬底(1)进行预处理和热处理，采用金属有机化合物化学气相淀积MOCVD工艺淀积成核层(2)；
S2、在成核层(2)上，采用MOCVD工艺依次淀积缓冲层(3)和沟道层(4)；
S3、在沟道层(4)上，采用MOCVD工艺淀积势垒层(5)，势垒层(5)的成分为AlxGa(1-x)N，AlxGa(1-x)N势垒层(5)中，Al组分为0.1-0.2，淀积厚度为10-40nm；
所述MOCVD工艺中的反应室压力为10-100Torr ，温度为900℃，Al源流量为10-30μmol/min，Ga源流量为30-90μmol/min，氨气流量为3000-6000sccm，氢气流量为1000-2000sccm；
S4、在AlxGa(1-x)N势垒层( 5)上，采用MOCVD工艺淀积厚度为60nm-90nm的P-GaN层(8)，得到外延片；
S5、继续将外延片置于MOCVD腔室，在P-GaN层(8)上原位生长一层厚度为10-30nm的介质层(9)；
S6、刻蚀所述P-GaN区域以外的P-GaN层(8)和介质层( 9)，露出AlxGa(1-x)N势垒层(5)；
S7、在AlxGa(1-x)N势垒层(5)上制作掩膜，采用电子束蒸发工艺淀积源极(6)和漏极(7)，并在850℃下进行退火；
所述源极(6)和漏极(7)金属采用Ti/Al/Ni/Au组合，其中Ti金属的厚度为20-100nm，Al金属的厚度为100-300nm，Ni金属的厚度为20-200nm，Au金属的厚度为20-200nm；
S8、在介质层(9)上制作掩膜，采用电子束蒸发工艺淀积栅极(10)；所述栅极(10)金属采用Ni/Au组合，其中Ni金属的厚度为20-100nm，Au金属的厚度为50-500nm；
S9、采用等离子体增强化学气相沉积PECVD工艺在势垒层(5)、源极(6)、漏极(7)和栅极(10)的上部淀积厚度为50-400nm的钝化层(11)；
S10、在源极(6)、漏极(7)、栅极(10)上方的钝化层(11)开孔，引出电极，即得到所述晶体管。
2.根据权利要求1所述的基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述衬底(1)预处理和热处理的操作步骤为：对衬底(1)利用丙酮、无水乙醇溶液和去离子水分别进行超声清洗，并在氢气氛围中以1050℃对衬底(1)热处理10分钟。
3.根据权利要求1所述的基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述MOCVD工艺中的压力为10-100Torr，Al源流量为10-100sccm，氨气流量为3000-6000sccm，氢气流量为1000-2000sccm，温度为900℃，步骤S2中，所述MOCVD工艺中的反应室压力为10-100Torr，Ga源流量为50-100μmol/min，氨气流量为3000-6000sccm，氢气流量为1000-2000sccm，温度为900℃。
4.根据权利要求1所述的基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述MOCVD工艺中的反应室压力为10-100Torr，Ga源流量为50-100μmol/min，氨气流量为3000-6000sccm，氢气流量为1000-2000sccm，温度为900℃；步骤S5中，所述MOCVD工艺中的反应室压力0-100Torr，温度为900℃，步骤S9中，PECVD工艺中的反应室压力为0.5-30Pa，反应室温度为200-350℃，反应室中同时通入甲硅烷和一氧化二氮气体或甲硅烷和氨气气体。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的制备方法制备得到的基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管，包括衬底(1)，其特征在于，所述衬底(1)上从下至上依次设置有成核层(2)、缓冲层(3)、沟道层(4)和势垒层(5)，所述势垒层(5)的上部设置有源极(6)、漏极(7)和P-GaN层(8)，所述P-GaN层(8)位于源极(6)和漏极(7)之间，所述P-GaN层(8)的上部设置有原位生长的介质层(9)，所述介质层(9)的上部设置有栅极(10)，所述势垒层(5)、源极(6)、漏极(7)和栅极(10)的上部设置有钝化层(11)；
所述势垒层(5)为AlxGa(1-x)N，所述AlxGa(1-x)N势垒层(5)中，Al组分为0.1-0.2。
6.根据权利要求5所述的基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述衬底(1)的材料为蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓中的一种，成核层(2)的材料为氮化铝，缓冲层(3)和沟道层(4)的材料均为氮化镓，介质层(9)的材料为氮化硅、氧化镓、氧化铝、氮化铝中的一种，钝化层(11)的材料为氮化硅或二氧化硅。
7.根据权利要求5所述的基于原位生长MIS结构的P-GaN高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述成核层(2)、缓冲层(3)、沟道层(4)、势垒层(5)、P-GaN层(8)、介质层(9)和钝化层(11)的厚度分别为30-100nm、0.5-5μm、50-500nm、10-40nm、60-90nm、10-30nm和50-400nm。
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| GR01 | Patent grant | ||
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