異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及其制備方法、異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及其制備方法、異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管及其制備方法，其中，所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)包括：緩沖層，所述緩沖層的材料為半絕緣的半導(dǎo)體材料，位于緩沖層上的溝道層，所述溝道層的材料為非故意摻雜的半導(dǎo)體材料，所述溝道層包括第一溝道層和第二溝道層，其中，所述第一溝道層位于緩沖層上，位于第一溝道層和第二溝道層之間的插入層，其中，所述插入層的禁帶寬度大于所述溝道層的禁帶寬度，位于第二溝道層上的勢(shì)壘層，所述勢(shì)壘層和所述第二溝道層的界面之間存在二維電子氣。本發(fā)明克服了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管的電流崩塌和漏電問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及其制備方法、異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及其制備方法、異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵(GaN)異質(zhì)結(jié)器件是具有高濃度二維電子氣的寬禁帶半導(dǎo)體器件，具有高的輸出功率密度、耐高溫、穩(wěn)定性強(qiáng)和擊穿電壓高的特點(diǎn)。因此，基于AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor,簡(jiǎn)稱HEMT)器件可廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信及航空航天等高頻高功率器件領(lǐng)域，且在電力電子器件領(lǐng)域也具有極大應(yīng)用潛力。
[0003]在圖1a-圖1c中示出了現(xiàn)有技術(shù)中的GaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，如圖1a所示，圖1a是現(xiàn)有技術(shù)中鋁鎵氮(AlGaN)和半絕緣GaN(S.1 GaN)形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)圖，其中，S.1.GaN的生長(zhǎng)方法為在生長(zhǎng)氮化鎵材料時(shí)摻入某些金屬元素(如鐵)作為深能級(jí)受主，補(bǔ)償非摻雜GaN中的鎵(Ga)空位和殘余氧,利用補(bǔ)償作用使GaN表現(xiàn)為半絕緣特性。由于鐵的摻入使得GaN表面變得很粗糙，引入大量缺陷和表面態(tài)。這會(huì)導(dǎo)致使用如圖1a所示的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的器件產(chǎn)生電流崩塌效應(yīng)。
[0004]圖1b是現(xiàn)有技術(shù)中低摻雜氮化鎵(U-GaN)和AlGaN形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)圖,通過(guò)在U-GaN上生長(zhǎng)AlGaN而形成,在該結(jié)構(gòu)中由于U-GaN中的Ga空位和殘余氧和Si等導(dǎo)致該GaN材料為N型，使用該種結(jié)構(gòu)的器件，不僅漏電流大，而且柵極的關(guān)斷特性也受到了影響。
[0005]圖1c是現(xiàn)有技術(shù)中AlGaN、u_GaN和S.1 GaN形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)圖，該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是圖1a和圖1b中的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的組合，在該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中，一定程度上解決了電流崩塌和漏電的問(wèn)題。但是該結(jié)構(gòu)中對(duì)U-GaN的厚度變得非常敏感，當(dāng)U-GaN太厚時(shí)該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的漏電流大，當(dāng)U-GaN太薄時(shí)該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的電流崩塌嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及其制備方法、異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管及其制備方法，抑制了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管存在的電流崩塌效應(yīng)，同時(shí)降低了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管的漏電流。
[0007]第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)包括:
[0008]緩沖層，所述緩沖層的材料為半絕緣的半導(dǎo)體材料；
[0009]位于所述緩沖層上的溝道層，所述溝道層的材料為非故意摻雜的半導(dǎo)體材料，所述溝道層包括第一溝道層和第二溝道層，其中，所述第一溝道層位于所述緩沖層上；
[0010]位于所述第一溝道層和所述第二溝道層之間的插入層，其中，所述插入層的禁帶寬度大于所述溝道層的禁帶寬度；
[0011]位于所述第二溝道層上的勢(shì)壘層，所述勢(shì)壘層和所述第二溝道層的界面之間存在二維電子氣。
[0012]進(jìn)一步地，所述緩沖層的材料為氮化鎵、銦鎵氮或鋁銦鎵氮中的任意一種材料或多種材料的組合。
[0013]進(jìn)一步地，所述溝道層的材料為氮化鎵、銦鎵氮或鋁銦鎵氮中的任意一種材料或多種材料的組合。
[0014]進(jìn)一步地，所述插入層的材料為氮化鋁、鋁鎵氮或鋁銦鎵氮中的任意一種材料或多種材料的組合。
[0015]進(jìn)一步地，所述勢(shì)壘層的材料為氮化鋁、鋁鎵氮或鋁銦鎵氮中的任意一種材料或多種材料的組合。
[0016]第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管，所述異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管包括:
[0017]緩沖層，所述緩沖層的材料為半絕緣的半導(dǎo)體材料；
[0018]位于緩沖層上的溝道層，所述溝道層的材料為非故意摻雜的半導(dǎo)體材料，所述溝道層包括第一溝道層和第二溝道層，其中，所述第一溝道層位于緩沖層上；
[0019]位于第一溝道層和第二溝道層之間的插入層，其中，所述插入層的禁帶寬度大于所述溝道層的禁帶寬度；
[0020]位于第二溝道層上的勢(shì)壘層，所述勢(shì)壘層和所述第二溝道層的界面之間存在二維電子氣;
[0021]位于勢(shì)壘層上的鈍化層；
[0022]與所述勢(shì)壘層接觸的柵電極；
[0023]以及，位于所述柵電極兩側(cè)的源電極和漏電極。
[0024]進(jìn)一步地，所述異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管還包括:
[0025]成核層，所述緩沖層位于所述成核層上。
[0026]進(jìn)一步地，所述異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管還包括:
[0027]柵介質(zhì)，所述柵介質(zhì)位于所述柵電極與所述勢(shì)壘層之間。
[0028]第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法，用于制備如第一方面所述的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，所述方法包括:
[0029]在緩沖層上依次形成第一溝道層、插入層、第二溝道層和勢(shì)壘層；
[0030]其中，
[0031]所述緩沖層的材料為半絕緣的半導(dǎo)體材料；
[0032]所述第一溝道層和第二溝道層的材料為非故意摻雜的半導(dǎo)體材料；
[0033]所述插入層的禁帶寬度大于所述溝道層的禁帶寬度；
[0034]所述勢(shì)壘層和所述第二溝道層的界面之間存在二維電子氣。
[0035]第四方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，用于制備如第二方面所述的異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管，所述方法包括:
[0036]在緩沖層上依次形成第一溝道層、插入層、第二溝道層和勢(shì)壘層；
[0037]在所述勢(shì)壘層上形成鈍化層；
[0038]從所述鈍化層刻蝕到所述勢(shì)壘層形成柵極區(qū)域，在所述柵極區(qū)域上形成柵電極；
[0039]在所述柵極區(qū)域的兩側(cè)，從所述鈍化層刻蝕進(jìn)入所述勢(shì)壘層形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域，在所述源極區(qū)域上形成源電極，在所述漏極區(qū)域上形成漏電極。
[0040]進(jìn)一步地，在緩沖層上形成第一溝道層之前，所述方法還包括:[0041 ] 在成核層上形成緩沖層。
[0042]進(jìn)一步地，在所述柵極區(qū)域上形成柵電極之前，所述方法還包括:
[0043]在所述柵極區(qū)域上形成柵介質(zhì)層。
[0044]本發(fā)明實(shí)施例提供的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及其制備方法、異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管及其制備方法，一方面溝道層的材料選用非故意摻雜的半導(dǎo)體材料，由于該材料具有缺陷少的優(yōu)點(diǎn)，因此能減少由缺陷引起的電流崩塌；另一方面通過(guò)在半導(dǎo)體溝道層中增加寬禁帶插入層對(duì)異質(zhì)結(jié)的能帶進(jìn)行調(diào)整，抑制了由半絕緣半導(dǎo)體緩沖層的缺陷引起的電流崩塌。此外，在關(guān)斷情況下，寬禁帶插入層還能夠減小漏電現(xiàn)象，因此，克服了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管的電流崩塌效應(yīng)，同時(shí)能夠降低異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管的漏電流。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0045]下面將通過(guò)參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更清楚本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中:
[0046]圖1a是現(xiàn)有技術(shù)中鋁鎵氮(AlGaN)和半絕緣GaN(S.1 GaN)形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)圖；
[0047]圖1b是現(xiàn)有技術(shù)中低摻雜氮化鎵(U-GaN)和AlGaN形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)圖；
[0048]圖1c是現(xiàn)有技術(shù)中AlGaN、U-GaN和S.1 GaN形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)圖；
[0049]圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)圖；
[0050]圖3是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中沿y方向的能帶圖；
[0051]圖4是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法的流程圖；
[0052]圖5是本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種T型柵高電子遷移率晶體管的結(jié)構(gòu)圖；
[0053]圖6是本發(fā)明實(shí)施例四提供的一種T型柵高電子遷移率晶體管的制備方法的流程圖；
[0054]圖7是本發(fā)明實(shí)施例五提供的一種MIS柵高電子遷移率晶體管的結(jié)構(gòu)圖；
[0055]圖8是本發(fā)明實(shí)施例六提供的一種MIS柵高電子遷移率晶體管的制備方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0056]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明?？梢岳斫獾氖牵颂幩枋龅木唧w實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限定。另外還需要說(shuō)明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部?jī)?nèi)容。
[0057]實(shí)施例一
[0058]圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)圖，參見圖2，該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)包括緩沖層11、位于緩沖層11上的溝道層12、所述溝道層12包括第一溝道層121和第二溝道層122，所述第一溝道層121位于緩沖層11上，位于第一溝道層121和第二溝道層122之間的插入層13，以及位于第二溝道層121上的勢(shì)壘層14，所述勢(shì)壘層14和所述第二溝道層122的界面之間存在二維電子氣。
[0059]其中，所述緩沖層11的材料為半絕緣的半導(dǎo)體材料，所述緩沖層11的材料可以為氮化鎵(GaN)、銦鎵氮(InGaN)或鋁銦鎵氮(AlInGaN)中的任意一種材料或多種材料的組
口 ο[0060]所述溝道層12的材料為非故意摻雜的半導(dǎo)體材料，所述非故意摻雜的半導(dǎo)體材料是指半導(dǎo)體材料中沾污雜質(zhì)，不是人為摻入的雜質(zhì)，該材料具有缺陷少的優(yōu)點(diǎn)，能減少由缺陷引起的電流崩塌，具體地，所述溝道層12的材料可以為氮化鎵(GaN)、銦鎵氮(InGaN)或鋁銦鎵氮(AlInGaN)中的任意一種材料或多種材料的組合。
[0061]所述插入層13的材料可以為氮化鋁(A1N)、鋁鎵氮(AlGaN)或鋁銦鎵氮(AlInGaN)中的任意一種材料或多種材料的組合，在本實(shí)施例中，采用寬禁帶的插入層13對(duì)異質(zhì)結(jié)的能帶進(jìn)行調(diào)整，由于所述插入層13的禁帶寬度大于所述溝道層12的禁帶寬度，寬禁帶的插入層13引入了電子勢(shì)壘，使得溝道層12中的電子難以越過(guò)該勢(shì)壘到達(dá)緩沖層11，進(jìn)而被緩沖層11中的缺陷俘獲。因此，即使第二溝道層122的厚度較薄，電流崩塌也能得到抑制，本發(fā)明實(shí)施例提供的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)與第一溝道層121和第二溝道層122的厚度無(wú)關(guān)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)容易受溝道層厚度限制的問(wèn)題。
[0062]此外，在關(guān)斷情況下，由于插入層13引入的電子勢(shì)壘限制了溝道層12和緩沖層11中的電子沿縱向方向運(yùn)動(dòng)，從而減小了漏電流。
[0063]所述勢(shì)壘層14的材料為氮化鋁、鋁鎵氮或鋁銦鎵氮中的任意一種材料或多種材料的組合，所述勢(shì)壘層14和所述第二溝道層122的界面之間存在二維電子氣，即電子沿垂直于該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的表面方向的運(yùn)動(dòng)變得量子化，即它的能量只能取一系列的分立值，而平行于表面的運(yùn)動(dòng)仍是自由的，能量可以是任意值，在本實(shí)施例中，將平行于表面的方向作為X方向，將垂直于表面的方向作為y方向。
[0064]圖3是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中沿I方向的能帶圖，參見圖3，圖中Ec表示異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中沿I方向的導(dǎo)帶能級(jí)，Ev表示異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中沿I方向的價(jià)帶能級(jí)，Ef表示異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中沿y方向的費(fèi)米能級(jí)。從圖3中可以看出，由于插入層13的禁帶寬度大于溝道層12的禁帶寬度，使得溝道層12中的電子難以越過(guò)插入層13引入的電子勢(shì)壘到達(dá)緩沖層11，從而被緩沖層11中的缺陷俘獲，因而能夠抑制電流崩塌效應(yīng)，此外，由于緩沖層11的材料為半絕緣的半導(dǎo)體材料，使得勢(shì)壘層14和緩沖層11的導(dǎo)帶能級(jí)Ec遠(yuǎn)離費(fèi)米能級(jí)，從而使得該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)容易關(guān)斷，且漏電流小。
[0065]本發(fā)明實(shí)施例提供的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中鋁鎵氮(AlGaN)和半絕緣GaN(S.1 GaN)形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，由于半絕緣半導(dǎo)體的緩沖層11遠(yuǎn)離溝道區(qū)，且溝道電子的運(yùn)動(dòng)受到寬禁帶插入層13引入的電子勢(shì)壘的限制，抑制了由半絕緣GaN層缺陷引起的電流崩塌。
[0066]本發(fā)明實(shí)施例一提供的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中低摻雜氮化鎵(U-GaN)和AlGaN形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，由于緩沖層11的材料由半絕緣的半導(dǎo)體材料組成，且插入層13的禁帶寬度大于溝道層12的禁帶寬度，使得非溝道區(qū)的導(dǎo)帶遠(yuǎn)離費(fèi)米能級(jí)，從而由本發(fā)明實(shí)施例提供的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)容易關(guān)斷，且漏電流減小。
[0067]本發(fā)明實(shí)施例一提供的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中AlGaN、U-GaN和S.1GaN形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，由于寬禁帶插入層13引入了電子勢(shì)壘，使得溝道層12中的電子難以越過(guò)該勢(shì)壘到達(dá)緩沖層11，進(jìn)而被緩沖層11中的缺陷俘獲，因此，與溝道層12的厚度沒(méi)有關(guān)系，解決了非故意摻雜GaN的厚度問(wèn)題，此外，當(dāng)所述插入層13的材料為AlN時(shí)，還能增加位于所述插入層13上方的第二溝道層122中非故意摻雜的第二溝道層122的壓應(yīng)變，從而提高異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中二維電子氣的密度和遷移率。[0068]本發(fā)明實(shí)施例一提供的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，通過(guò)在非故意摻雜的半導(dǎo)體溝道層中間插入了寬禁帶的插入層，抑制了由半絕緣半導(dǎo)體緩沖層的缺陷引起的電流崩塌，此外，在關(guān)斷情況下，寬禁帶插入層還能夠減小漏電現(xiàn)象。
[0069]實(shí)施例二
[0070]圖4是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法的流程圖，用于制備上述實(shí)施例提供的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，參見圖4，所述方法包括:
[0071]步驟21、在襯底上形成緩沖層。
[0072]所述襯底的材料可以是任意一種適合生長(zhǎng)緩沖層的材料，該襯底材料包括但不限制于藍(lán)寶石(Sapphire)、碳化娃(SiC)、氮化鎵(GaN)或娃(Si)等。所述緩沖層的材料為半絕緣的半導(dǎo)體材料，具體地可以是氮化鎵(GaN)、銦鎵氮(InGaN)或鋁銦鎵氮(AlInGaN)中的任意一種材料或多種材料的組合。在襯底上形成緩沖層的方法可以是化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition,簡(jiǎn)稱 CVD)、氣相外延法(Vapour Phase Epitaxy,簡(jiǎn)稱VPE)、金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀法(Metal-organic Chemical Vapor Deposition,簡(jiǎn)稱MCVD)、低壓力化學(xué)氣相沉積法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition,簡(jiǎn)稱 LPCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,簡(jiǎn)稱 PECVD)、脈沖激光沉積法(Pulsed Laser Deposition,簡(jiǎn)稱PLD)、原子層外延法、分子束外延法(Molecular Beam Epitaxy,簡(jiǎn)稱MBE)、派射法或蒸發(fā)法等方法。當(dāng)所述緩沖層的材料為GaN時(shí)，在制備半絕緣GaN時(shí)，可通過(guò)摻入某些金屬元素(如鐵)作為深能級(jí)受主，補(bǔ)償非摻雜GaN中的Ga空位和殘余氧，三甲基鎵(TMGa)和氨氣(NH3)分別作為Ga源和N源，雜質(zhì)源Cp2Fe通過(guò)H2攜帶進(jìn)入生長(zhǎng)室，利用補(bǔ)償作用使氮化鎵表現(xiàn)為半絕緣特性。
[0073]步驟22、在緩沖層上形成第一溝道層。
[0074]所述第一溝道層的材料為非故意摻雜的半導(dǎo)體材料，具體地，所述溝道層12的材料可以為氮化鎵(GaN)、銦鎵氮(InGaN)或鋁銦鎵氮(AlInGaN)中的任意一種材料或多種材料的組合，該材料具有缺陷少的優(yōu)點(diǎn)，能減少由缺陷引起的電流崩塌。
[0075]可通過(guò)CVD、VPE、MOCVD, LPCVD, PECVD、脈沖激光沉積(PLD)、原子層外延、MBEJi射、蒸發(fā)等方法在緩沖層上形成第一溝道層。
[0076]步驟23、在第一溝道層上形成插入層。
[0077]在第一溝道層上形成插入層的方法可以是CVD、VPE、MOCVD, LPCVD、或PECVD。
[0078]所述插入層的材料可以為氮化鋁(AlN)、鋁鎵氮(AlGaN)或鋁銦鎵氮(AlInGaN)中的任意一種材料或多種材料的組合，其中，所述插入層的禁帶寬度大于第一溝道層和第二溝道層的禁帶寬度，從而在溝道層和襯底之間引入電子勢(shì)壘，當(dāng)?shù)谝粶系缹雍偷诙系缹又械碾娮颖痪彌_層中的缺陷復(fù)合時(shí)，需要越過(guò)該電子勢(shì)壘，從而抑制了電流崩塌。
[0079]在本實(shí)施例中，所述插入層的材料優(yōu)選AlN材料，該材料引入的電子勢(shì)壘限制了襯底、緩沖層和第一溝道層中的電子沿y方向的運(yùn)動(dòng)，此外，當(dāng)緩沖層的材料為GaN時(shí)，寬禁帶插入層的引入，還能減小GaN中的應(yīng)力，減小GaN中的位錯(cuò)得到高質(zhì)量的GaN薄膜。
[0080]需要說(shuō)明的是，第一溝道層和第二溝道層的厚度對(duì)本實(shí)施例制備的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)在抑制電流崩塌和漏電方面沒(méi)有影響。
[0081]步驟24、在插入層上形成第二溝道層。
[0082]所述第二溝道層的材料與所述第一溝道層的材料相同，在插入層上形成第二溝道層方法可包括CVD、VPE、MOCVD、LPCVD、PECVD、脈沖激光沉積(PLD)、原子層外延、MBE、濺射、
蒸發(fā)等。
[0083]步驟25、在第二溝道層上形成勢(shì)壘層。
[0084]所述勢(shì)壘層的材料可以為氮化鋁(AlN)、鋁鎵氮(AlGaN)或鋁銦鎵氮(AlInGaN)中的任意一種材料或多種材料的組合，優(yōu)選AlGaN形成異質(zhì)結(jié)，所述勢(shì)壘層與所述第二溝道層在接觸界面形成二維電子氣導(dǎo)電溝道。
[0085]在第二溝道層上形成勢(shì)壘層方法包括CVD、VPE、MOCVD, LPCVD, PECVD、脈沖激光沉積(PLD)、原子層外延、MBE、濺射、蒸發(fā)等。
[0086]本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法，通過(guò)在襯底上依次形成緩沖層、第一溝道層、插入層、第二溝道層和勢(shì)壘層，其中，所述緩沖層為半絕緣的半導(dǎo)體層，所述第一溝道層和第二溝道層為非故意摻雜的半導(dǎo)體層，所述插入層的禁帶寬度大于第一溝道層和第二溝道層的禁帶寬度，從而抑制了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的電流崩塌效應(yīng)，同時(shí)降低了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)漏電流。
[0087]實(shí)施例三
[0088]圖5是本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種T型柵高電子遷移率晶體管的結(jié)構(gòu)圖，該實(shí)施例以上述實(shí)施例一為基礎(chǔ)，參見圖5，所述T型柵高電子遷移率晶體管包括:襯底31、緩沖層32，位于緩沖層32上的溝道層33，所述溝道層33包括第一溝道層331和第二溝道層332，其中，所述第一溝道層331位于緩沖層32上，位于第一溝道層331和第二溝道層332之間的插入層34，位于第二溝道層332上的勢(shì)壘層35，位于勢(shì)壘層35上的鈍化層36，與所述勢(shì)壘層35接觸的柵電極37，位于所述柵電極37兩側(cè)的源電極38和漏電極39。
[0089]其中，所述緩沖層32的材料為半絕緣的半導(dǎo)體材料，具體地，所述緩沖層32的材料可以是氮化鎵(GaN)、銦鎵氮(InGaN)或鋁銦鎵氮(AlInGaN)中的任意一種材料或多種材料的組合。
[0090]所述溝道層33的材料為非故意摻雜的半導(dǎo)體材料，具體地所述溝道層33的材料可以為氮化鎵(GaN)、銦鎵氮(InGaN)或鋁銦鎵氮(AlInGaN)中的任意一種材料或多種材料的組合。
[0091]所述插入層34的禁帶寬度大于所述溝道層33的禁帶寬度，所述插入層34的材料可以為氮化鋁(AlN)、鋁鎵氮(AlGaN)或鋁銦鎵氮(AlInGaN)中的任意一種材料或多種材料的組合。
[0092]所述勢(shì)壘層35和所述第二溝道層332的界面之間存在二維電子氣，所述勢(shì)壘層35的材料可以為氮化鋁(AlN)、鋁鎵氮(AlGaN)或鋁銦鎵氮(AlInGaN)中的任意一種材料或多種材料的組合。
[0093]本實(shí)施例提供的T型柵高電子遷移率晶體管能夠抑制電流崩塌和漏電的原理與本發(fā)明實(shí)施例一提供的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)能夠異質(zhì)電流崩塌和漏電的原理相同，在此不再贅述。
[0094]優(yōu)選的，所述T型柵高電子遷移率晶體管還可以包括成核層310，所述成核層310位于襯底和所述緩沖層32之間，所述成核層310用于在所述成核層310上形成緩沖層32，增加成核層310的好處在于，使得緩沖層32的材料能夠更好的生長(zhǎng)在襯底31上面。
[0095]本發(fā)明實(shí)施例三提供的T型柵高電子遷移率晶體管，通過(guò)在非故意摻雜的半導(dǎo)體溝道層中間插入了寬禁帶的插入層，抑制了由半絕緣半導(dǎo)體緩沖層的缺陷引起的電流崩塌，此外，在關(guān)斷情況下，寬禁帶插入層還能夠減小漏電現(xiàn)象。
[0096]實(shí)施例四
[0097]圖6是本發(fā)明實(shí)施例四提供的一種T型柵高電子遷移率晶體管的制備方法的流程圖，該T型柵高電子遷移率晶體管的制備方法用于制備上述實(shí)施例三提供的T型柵高電子遷移率晶體管，參見圖6，所述方法包括:
[0098]步驟41、在襯底上形成緩沖層。
[0099]步驟42、在緩沖層上形成第一溝道層。
[0100]步驟43、在第一溝道層上形成插入層。
[0101]步驟44、在插入層上形成第二溝道層。
[0102]步驟45、在第二溝道層上形成勢(shì)壘層。
[0103]步驟46、在勢(shì)壘層上形成鈍化層。
[0104]步驟47、從所述鈍化層刻蝕到所述勢(shì)壘層形成柵極區(qū)域，在所述柵極區(qū)域上形成柵電極。
[0105]步驟48、在所述柵極區(qū)域的兩側(cè)，從所述鈍化層刻蝕進(jìn)入所述勢(shì)壘層形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域，在所述源極區(qū)域上形成源電極，在所述漏極區(qū)域上形成漏電極。
[0106]運(yùn)用本實(shí)施例提供的T型柵高電子遷移率晶體管的制備方法制備的T型柵高電子遷移率晶體管，能夠抑制電流崩塌和漏電現(xiàn)象。
[0107]優(yōu)選的，在步驟41之前，在所述方法還包括:
[0108]步驟41a，在襯底上形成成核層。
[0109]增加步驟41a的好處在于，形成成核層后，有利于在所述成核層上形成緩沖層。
[0110]本發(fā)明實(shí)施例四提供的T型柵高電子遷移率晶體管的制備方法制備的T型柵高電子遷移率晶體管，通過(guò)在非故意摻雜的半導(dǎo)體溝道層中間插入了寬禁帶的插入層，抑制了由半絕緣半導(dǎo)體緩沖層的缺陷引起的電流崩塌，此外，在關(guān)斷情況下，寬禁帶插入層還能夠減小漏電現(xiàn)象。
[0111]實(shí)施例五
[0112]圖7是本發(fā)明實(shí)施例五提供的一種MIS柵高電子遷移率晶體管的結(jié)構(gòu)圖，該實(shí)施例以上述實(shí)施例一和實(shí)施例三為基礎(chǔ)，參見圖7，所述MIS柵高電子遷移率晶體管包括襯底51，位于襯底51上的成核層52，位于成核層52上的緩沖層53，位于緩沖層53上的溝道層54，所述溝道層54包括第一溝道層541和第二溝道層542，其中，所述第一溝道層541位于緩沖層53上，位于第一溝道層541和第二溝道層542之間的插入層55，位于第二溝道層542上的勢(shì)壘層56，位于勢(shì)壘層56上的鈍化層57，與所述勢(shì)壘層56接觸的柵電極58，位于所述柵電極58和所述勢(shì)壘層56之間的柵介質(zhì)59，位于所述柵電極58兩側(cè)的源電極510和漏電極 511。
[0113]在本實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)59的材料包括但不限制于SiO2和Si3N4以及SiO2和Si3N4所組合的材料。
[0114]在本實(shí)施例中，所述襯底51、成核層52、緩沖層53、溝道層54、插入層55、勢(shì)壘層56、鈍化層57、柵電極58、源電極510和漏電極511的材料分別與本發(fā)明第三實(shí)施例中T型柵高電子遷移率晶體管襯底31、成核層310、緩沖層32、溝道層33、插入層34、勢(shì)壘層35、鈍化層36、柵電極37、源電極38和漏電極39的材料相同，以及該MIS柵高電子遷移率晶體管能夠抑制電流崩塌和漏電流的原理與本發(fā)明第一實(shí)施例中提供的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)抑制電流崩塌和漏電流的原理相同，在此不再贅述。
[0115]實(shí)施例六
[0116]圖8是本發(fā)明實(shí)施例六提供的一種MIS柵高電子遷移率晶體管的制備方法的流程圖，該MIS柵高電子遷移率晶體管的制備方法用于制備上述實(shí)施例五提供的MIS柵高電子遷移率晶體管，參見圖8，所述方法包括:
[0117]步驟61、在襯底上形成成核層。
[0118]步驟62、在成核層上形成緩沖層。
[0119]步驟63、在緩沖層上形成第一溝道層。
[0120]步驟64、在第一溝道層上形成插入層。
[0121]步驟65、在插入層上形成第二溝道層。
[0122]步驟66、在第二溝道層上形成勢(shì)壘層。
[0123]步驟67、在勢(shì)壘層上形成鈍化層。
[0124]步驟68、從所述鈍化層刻蝕到所述勢(shì)壘層形成柵極區(qū)域，在所述柵極區(qū)域上形成柵介質(zhì)層。
[0125]步驟69、在所述柵介質(zhì)層上形成柵電極。
[0126]步驟610、在所述柵極區(qū)域的兩側(cè)，從所述鈍化層刻蝕進(jìn)入所述勢(shì)壘層形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域，在所述源極區(qū)域上形成源電極，在所述漏極區(qū)域上形成漏電極。
[0127]本發(fā)明實(shí)施例六提供的MIS柵高電子遷移率晶體管的制備方法制備的MIS柵高電子遷移率晶體管，通過(guò)在非故意摻雜的半導(dǎo)體溝道層中間插入了寬禁帶的插入層，抑制了由半絕緣半導(dǎo)體緩沖層的缺陷引起的電流崩塌，此外，在關(guān)斷情況下，寬禁帶插入層還能夠減小漏電現(xiàn)象。
[0128]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以有各種改動(dòng)和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)包括: 緩沖層，所述緩沖層的材料為半絕緣的半導(dǎo)體材料； 位于所述緩沖層上的溝道層，所述溝道層的材料為非故意摻雜的半導(dǎo)體材料，所述溝道層包括第一溝道層和第二溝道層，其中，所述第一溝道層位于所述緩沖層上； 位于所述第一溝道層和所述第二溝道層之間的插入層，其中，所述插入層的禁帶寬度大于所述溝道層的禁帶寬度； 位于所述第二溝道層上的勢(shì)壘層，所述勢(shì)壘層和所述第二溝道層的界面之間存在二維電子氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述緩沖層的材料為氮化鎵、銦鎵氮或鋁銦鎵氮中的任意一種材料或多種材料的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述溝道層的材料為氮化鎵、銦鎵氮或鋁銦鎵氮中的任意一種材料或多種材料的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述插入層的材料為氮化鋁、鋁鎵氮或鋁銦鎵氮中的任意一種材料或多種材料的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述勢(shì)壘層的材料為氮化鋁、鋁鎵氮或鋁銦鎵氮中的任意一種材料或多種材料的組合。
6.一種異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效 應(yīng)管，其特征在于，所述異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管包括: 緩沖層，所述緩沖層的材料為半絕緣的半導(dǎo)體材料； 位于緩沖層上的溝道層，所述溝道層的材料為非故意摻雜的半導(dǎo)體材料，所述溝道層包括第一溝道層和第二溝道層，其中，所述第一溝道層位于緩沖層上； 位于第一溝道層和第二溝道層之間的插入層，其中，所述插入層的禁帶寬度大于所述溝道層的禁帶寬度； 位于第二溝道層上的勢(shì)壘層，所述勢(shì)壘層和所述第二溝道層的界面之間存在二維電子氣; 位于勢(shì)壘層上的鈍化層； 與所述勢(shì)壘層接觸的柵電極； 以及，位于所述柵電極兩側(cè)的源電極和漏電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于，所述異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管還包括: 成核層，所述緩沖層位于所述成核層上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于，所述異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管還包括: 柵介質(zhì)，所述柵介質(zhì)位于所述柵電極與所述勢(shì)壘層之間。
9.一種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法，用于制備如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述方法包括: 在緩沖層上依次形成第一溝道層、插入層、第二溝道層和勢(shì)壘層； 其中， 所述緩沖層的材料為半絕緣的半導(dǎo)體材料； 所述第一溝道層和第二溝道層的材料為非故意摻雜的半導(dǎo)體材料； 所述插入層的禁帶寬度大于所述溝道層的禁帶寬度；所述勢(shì)壘層和所述第二溝道層的界面之間存在二維電子氣。
10.一種異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，用于制備權(quán)利要求6所述的異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于，所述方法包括: 在緩沖層上依次形成第一溝道層、插入層、第二溝道層和勢(shì)壘層； 在所述勢(shì)壘層上形成鈍化層； 從所述鈍化層刻蝕到所述勢(shì)壘層形成柵極區(qū)域，在所述柵極區(qū)域上形成柵電極； 在所述柵極區(qū)域的兩側(cè)，從所述鈍化層刻蝕進(jìn)入所述勢(shì)壘層形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域，在所 述源極區(qū)域上形成源電極，在所述漏極區(qū)域上形成漏電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其特征在于，在緩沖層上形成第一溝道層之前，所述方法還包括: 在成核層上形成緩沖層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其特征在于，在所述柵極區(qū)域上形成柵電極之前，所述方法還包括: 在所述柵極區(qū)域上形成柵介質(zhì)。
【文檔編號(hào)】H01L29/778GK104009077SQ201410244398
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】張乃千 申請(qǐng)人:蘇州能訊高能半導(dǎo)體有限公司