一种降低GaN器件漏电流的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及GaN功率半导体器件领域。
【背景技术】
[0002]宽禁带半导体材料GaN具有禁带宽度宽、临界击穿电场强度大、饱和电子漂移速度高、介电常数小以及温度特性和抗辐照能力良好等特点，特别是基于GaN的AlGaN/GaN结构具有更高的电子迀移率，使得GaN器件具有低的导通电阻、高的工作频率，能满足下一代电力电子系统对功率器件更大功率、更高频率、更小体积和更高温工作的要求，在汽车电子、光伏逆变、白色家电等领域有广阔的应用前景。
[0003]传统GaN器件工艺制备中，由于是在欧姆接触等高温工艺完成后，采用二氧化硅或氮化硅材料直接在GaN材料表面进行钝化，因此在界面处存在较多缺陷，从而引入大量的界面电荷和界面态，这就成为了漏电的通道，从而产生了关态时漏源电极之间漏电流大和栅极漏电大等问题，降低了 GaN器件的击穿电压，严重影响了器件性能和可靠性，限制了 GaN器件在高压、大电流等电力电子领域的应用。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种降低GaN器件漏电流的方法，该方法的制备工艺简单，易实现，通过在GaN材料表面生长一层高介电常数材料层，降低界面态，抑制表面漏电流，从而降低GaN器件源漏关态漏电流，该方法应用于GaN器件的制备中可提高GaN器件的性能和可靠性，进而使GaN器件可在高压大功率电力电子领域得到更广泛的应用。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种降低GaN器件漏电流的方法，包括以下制备步骤:
(a)对GaN基片的表面进行清洗处理；
(b)通过台面光刻形成注入区，并对注入区注入隔离；
(c)在处理好的GaN基片表面上生长一层高介电常数介质材料层；
(d)在淀积高介电常数介质材料层的表面上生长一层复合介质材料层；
(e)复合介质材料层淀积完后进行退火；
(f)光刻形成源漏电极区，刻蚀复合介质材料层和高介电常数介质材料层，刻蚀出源漏电极通孔，淀积金属形成源漏电极；
(g)高温退火形成源漏电极欧姆接触；
(h)光刻形成栅极区，并刻蚀复合介质材料层，刻蚀出栅极槽，淀积金属形成栅电极。
[0006]进一步优化的技术方案为所述步骤(a)中的GaN基片包括衬底、A1N缓冲层、非掺杂GaN外延层、高掺杂AlGaN势皇层。
[0007]进一步优化的技术方案为所述步骤(a)中清洗步骤为:依次为三氯乙烷浸泡5-lOmin，丙酮浸泡5-10min，异丙醇浸泡5-10min，去离子水冲洗5-10min，最后使用氮气吹干。
[0008]进一步优化的技术方案为所述步骤(b)中注入的离子为Al+、He+。
[0009]进一步优化的技术方案为所述步骤(c)中所述的高介电常数介质材料层为氧化铝或者氧化铪，厚度范围为l_3nm;并采用原子层淀积的方法生长。
[0010]进一步优化的技术方案为所述步骤(d)所述的复合钝化介质材料层为二氧化硅和氮化硅，厚度范围为50-100nm，并采用低压化学气相淀积的方法生长。
[0011]进一步优化的技术方案为所述步骤(e)中的退火温度为600-700°C，退火时间为lmin0
[0012]进一步优化的技术方案为所述步骤(f)中所述的源漏电极的电极材料为Ti/Al/Ni/Au或Ti/W/Pt/Auo
[0013]进一步优化的技术方案为所述步骤(g)中的高温退火温度为500-800°C。
[00Μ]进一步优化的技术方案为所述步骤(h)中所述的栅电极的电极材料为Ni/Au。
[0015]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明的GaN器件制备工艺简单，易实现，并且与现有GaN工艺兼容，不会增加额外的成本，GaN器件的制备过程中，在欧姆接触等高温工艺之前，通过生长一层超薄高介电常数材料并进行退火，可以降低界面态，抑制表面漏电流，从而降低GaN器件源漏电极之间关态漏电流，同时，这层高介电常数材料层还可以降低栅极漏电流;应用本发明的制备工艺方法制备GaN器件，可提高器件的性能和可靠性，使GaN器件在高压大功率的电力电子领域得到更广泛的应用。
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施例制备的GaN器件结构示意图；
图2是图1的GaN器件的击穿曲线图；
其中，1衬底，2 A1N缓冲层，3非掺杂GaN外延层，4高掺杂AlGaN势皇层，5注入区，6高介电常数介质材料层，7复合介质材料层，8源漏电极，9栅电极。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。在图中，为了方便说明，放大或缩小了层和区域的厚度，所示尺寸比例并不代表实际尺寸比例关系。尽管这些图并不能准确的反应器件的实际尺寸，但是它们还是完整反应了各个区域和结构之间的相互位置关系。
[0018]如图1所示，一种利用本发明的方法制备GaN器件的一个实施例，其具体实施步骤如下:
(a)首先对GaN基片的表面进行清洗处理，清洗步骤为:三氯乙烷浸泡5-10分钟，丙酮浸泡5-10分钟，异丙醇浸泡5-10分钟，去离子水冲洗5-10分钟，之后使用氮气吹干。
[0019]其中GaN基片包括衬底1、A1N缓冲层2、非掺杂GaN外延层3、高掺杂AlGaN势皇层4;衬底1可以为蓝宝石、SiC或者Si，非掺杂GaN外延层3厚度为1-3μπι，高掺杂AlGaN势皇层4厚度为20nm，A1组分为20%，掺杂浓度2-3 X 1018cm—3。
[0020](b)通过台面光刻形成注入区5，在GaN基片上注入区5进行台面注入隔离，注入离子为 Al+、He+。
[0021](c)在处理好的GaN基片表面采用原子层淀积方法在表面生长一层高介电常数材料层6，高介电常数材料层6可以为氧化铝或氧化铪，厚度范围为l-3nm。
[0022]原子层淀积氧化铝时，选用三甲基铝(TMA)和水(H20)作为金属源和氧源，反应温度为200-300°C，气压5-10托，单步反应时间100ms，总共反应15_20个周期。
[0023]原子层淀积氧化铪时，选用四乙基甲基氨基铪(TEMAH)和水(H20)作为金属源和氧源，反应温度为200-300°C，气压5-10托，单步反应时间300ms，总共反应15_20个周期。
[0024](d)在淀积的高介电常数材料层表面，生长一层复合介质材料层7。其中复合介质材料层7包括一层二氧化硅和氮化硅介质。
[0025]其中二氧化硅采用低压化学气相淀积(LPCVD)的方法生长，反应气体为硅烷和氧气，生长温度为300-450°C，工作压力为0-1托，生长厚度10-50nm。氮化硅同样采用LPCVD的方法生长，反应气体为二氯甲硅烷(SiH2Cl2)与氨气(NH3)，生长温度为700-800°C，工作压力为0-1托，生长厚度2