能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
[0022]本实验组在Si衬底异质外延生长GaN的相关研宄工作中对杂质过滤层功能已有验证:如在图13中(a)曲线为加入薄层AlGaN杂质过滤层后GaN外延结构中的Si杂质浓度，图13中(b)曲线为去掉薄层铝镓氮杂质过滤层生长的外延结构中的Si杂质浓度。显然，加入AlGaN杂质过滤层后，外延结构中Si杂质浓度相比无杂质过滤层外延结构降低了约一个量级水平，说明AlGaN杂质过滤层可以显著抑制Si元素向上扩散至外延结构中。杂质过滤层功能的实现主要是由于其晶格常数较GaN层小，从而限制了杂质原子的扩散能力。
[0023]实施例1
如图9所示为本实施例的器件结构示意图，该器件包括栅极、源极、漏极、绝缘层、导电GaN衬底和其上的外延层，所述外延层包括一次外延生长的η型轻掺杂GaN层和其上的选择区域生长的二次外延层，所述二次外延层自下至上为杂质过滤层1、电子阻挡层、杂质过滤层2、非掺杂外延GaN层和异质结构势皇层，二次外延生长后形成凹槽沟道，凹槽沟道和异质结构势皇层的表面覆盖绝缘层，栅极覆盖于绝缘层上的凹槽沟道处，刻蚀绝缘层两端形成源极区域，源极区域处蒸镀欧姆金属形成与异质结势皇层接触的源极，漏极欧姆接触金属置于导电GaN衬底背面。
[0024]上述纵向导通的GaN常关型MISFET器件的制作方法如图1_图9所示，包括以下步骤:
51、利用金属有机化学气相沉积方法，在导电GaN衬底I上生长一层η型轻掺杂GaN层2，如图1所示；
52、通过等离子体增强化学气相沉积一层S12作为掩膜层12，如图2所示；
53、通过光刻方法选择区域刻蚀，保留栅极区域之上的掩膜层12，如图3所示；
54、利用金属有机化学气相沉积方法，选择区域二次外延生长第一杂质过滤层3、电子阻挡层4、第二杂质过滤层5、非掺杂GaN层6和异质结构势皇层7，形成凹槽栅极，如图4所示;
55、采用腐蚀方法，去除栅极区域之上的掩膜层12，如图5所示；
56、用等离子体增强化学气相沉积法，在异质结势皇层7和凹槽栅极区域表面沉积一层高K介质绝缘层10，如图6所示；
57、利用ICP完成器件隔离，同时在异质结势皇层7上的绝缘层10刻蚀出源极欧姆接触区域，如图7所示；
58、采用蒸镀工艺，在源极区域蒸镀上Ti/Al/Ni/Au合金作为源极8的欧姆接触，在导电GaN衬底I背面也蒸镀上Ti/Al/Ni/Au合金作为漏极9的欧姆接触，如图8所示；
S9、在凹槽栅极区域的绝缘层上蒸镀Ni/Au合金作为栅极11，如图9所示。
[0025]至此，即完成了整个器件的制备过程。图9即为实施例1的器件结构示意图。
[0026]实施例2
如图10所示为本实施例的器件结构示意图，其与实施例1结构类似，区别仅在于η型轻掺GaN层2上插入厚度为10-100 nm的η型重掺杂GaN层13。该η型重掺杂GaN层13与栅极沟道直接接触，可有效扩散栅极沟道电流，亦可分散分布在栅极附近较集中的电场，从而增大器件的最大击穿电压。
[0027]实施例3
如图11所示为本实施例的器件结构示意图，其与实施例1结构类似，区别仅在于在非掺杂GaN层6和异质结构势皇层7插入一层AlN层14，该AlN层可以改善异质结构沟道处2DEG迀移率。
[0028]实施例4
如图12所示为本事实例的器件结构示意图，其与实施例1类似，区别仅在于利用低阻硅衬底或低阻碳化硅15和导电缓冲层16代替导电GaN衬底1，使用价格低廉的硅衬底可以减少器件的成本，上述低阻是指硅衬底的电阻率P〈 20 Ω.cm。
[0029]此外，需要说明的是，以上实施例的附图仅是为了示意的目的，因此没有必要按比例绘制。
[0030]显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种纵向导通的GaN常关型MISFET器件，包括栅极、源极、漏极、绝缘层、导电GaN衬底和其上的外延层，所述外延层包括一次外延生长的η型轻掺杂GaN层和其上的选择区域生长的二次外延层，所述二次外延层自下至上为第一杂质过滤层、电子阻挡层、第二杂质过滤层、非掺杂外延GaN层和异质结构势皇层，二次外延生长后形成凹槽沟道，凹槽沟道和异质结构势皇层的表面覆盖绝缘层，栅极覆盖于绝缘层上的凹槽沟道处，刻蚀绝缘层两端形成源极区域，源极区域处蒸镀欧姆金属形成与异质结势皇层接触的源极，漏极欧姆接触金属置于导电GaN衬底背面。
2.根据权利要求1所述的一种纵向导通的GaN常关型MISFET器件，其特征在于:所述的凹槽呈U型或梯型结构。
3.根据权利要求1所述的一种纵向导通的GaN常关型MISFET器件，其特征在于:所述的导电GaN衬底(I)为重掺杂GaN衬底，所述导电GaN衬底(I)也可以由低阻娃衬底或低阻碳化硅(15)和导电缓冲层(16)组成。
4.根据权利要求1所述的一种纵向导通的GaN常关型MISFET器件，其特征在于:所述的η型轻掺杂GaN层(2)的厚度为1-50 μπι。
5.根据权利要求4所述的一种纵向导通的GaN常关型MISFET器件，其特征在于:所述的η型轻掺杂GaN层(2)和二次外延层之间还含有η型重掺杂GaN层(14)，其厚度为10-100nmD
6.根据权利要求1所述的一种纵向导通的GaN常关型MISFET器件，其特征在于:所述第一杂质过滤层(3)和第二杂质过滤层(5)材料为含销氮化物，可为AlGaN、AlInN、AlInGaN, AlN中的一种或任意几种的组合，厚度为1_500 nm，且铝组分浓度可变化。
7.根据权利要求1所述的一种纵向导通的GaN常关型MISFET器件，其特征在于:所述的电子阻挡层(4)材料为P型掺杂的GaN层或者掺杂高阻GaN层，亦可为p型掺杂的AlGaN层或者掺杂高阻AlGaN层，所述掺杂高阻GaN层和高阻AlGaN层的掺杂元素为碳或铁；所述电子阻挡层(4)厚度为10-500 nm ;所述非掺杂GaN层(6)的厚度为10-500 nm ； 所述异质结构势皇层(7)材料为AlGaN、AlInN, InGaN, AlInGaN, AlN中的一种或任意几种的组合，所述异质结构势皇层(7)厚度为5-50 nm。
8.根据权利要求7所述的一种纵向导通的GaN常关型MISFET器件，其特征在于:在所述非掺杂GaN层(6)与所述异质结构势皇层(7)之间还生长一 AlN层(14)，所述AlN层(14)厚度为1-10 nm ；所述绝缘层(10)材料为 5丨02、5丨队、六1203、六1队!1?)2、]\%0、5(3203、6&203、六1!1?)!￡或 HfS1N，所述绝缘层(10)厚度为1-100 nm ;所述源极(8)和漏极(9)材料为Ti/Al/Ni/Au合金、Ti/Al/Ti/Au合金或Ti/Al/Mo/Au合金；所述栅极(11)材料为Ni/Au合金、Pt/Al合金或Pd/Au合金。
9.一种权利要求1所述纵向导通的GaN常关型MISFET器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、在导电GaN衬底(I)上一次外延生长η型轻掺杂GaN层(2); 52、在η型轻掺杂GaN层(2)上生长一层S1jl，作为掩膜层(12); 53、通过光刻的方法，保留形成栅极区域之上的掩膜层(12); 54、选择区域二次外延生长第一杂质过滤层(3)、电子阻挡层(4)、第二杂质过滤层(5)、非掺杂GaN层(6)和异质结构势皇层(7)，形成凹槽栅极； 55、去除栅极区域之上的掩膜层(12); 56、在异质结势皇层(7)和凹槽部位沉积栅极的绝缘层(10); 57、干法刻蚀完成器件隔离，同时在绝缘层(10)刻蚀出源极欧姆接触区域； 58、在源极区域蒸镀上源极欧姆接触金属(8)，在导电GaN衬底(I)背面蒸镀上漏极欧姆接触金属(9)； 59、在凹槽处绝缘层上栅极区域蒸镀栅极金属(11)。
10.根据权利要求9所述的一种纵向导通的GaN常关型MISFET器件的制作方法，其特征在于:所述步骤SI中的η型轻掺杂GaN层(2)和步骤S4中的第一杂质过滤层(3)、电子阻挡层(4)、第二杂质过滤层(5)、非掺杂GaN层(6)及异质结构势皇层(7)的生长方法为金属有机化学气相沉积法或分子束外延法； 所述步骤S2中掩膜层(12)以及步骤S5中绝缘层(10)的生长方法为等离子体增强化学气相沉积法、原子层沉积法、物理气相沉积法或磁控溅射法。
【专利摘要】本发明涉及一种纵向导通的GaN常关型MISFET器件及其制作方法，外延层包括一次外延生长的n型轻掺杂GaN层和其上的选择区域生长的二次外延层，所述二次外延层自下至上为第一杂质过滤层、电子阻挡层、第二杂质过滤层、非掺杂外延GaN层和异质结构势垒层，二次外延生长后形成凹槽沟道，凹槽沟道和异质结构势垒层的表面覆盖绝缘层，栅极覆盖于绝缘层上的凹槽沟道处，刻蚀绝缘层两端形成源极区域，源极区域处蒸镀欧姆金属形成与异质结势垒层接触的源极，漏极欧姆接触金属置于导电GaN衬底背面。本发明器件结构简单，工艺重复性和可靠性高，能有效抑制二次生长界面处或电子阻挡层中杂质的扩散，以优化电子阻挡层和异质结构沟道2DEG的电学特性。
【IPC分类】H01L21-336, H01L29-06, H01L29-78
【公开号】CN104681620
【申请号】CN201510029558
【发明人】刘扬, 何亮, 杨帆, 姚尧, 倪毅强
【申请人】中山大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年1月21日