技術領域

本發明涉及半導體器件領域，具體是指一種具有埋柵結構的氮化鎵基增強耗盡型異質結場效應晶體管。

背景技術

氮化鎵（GaN）基異質結場效應晶體管具有禁帶寬度大、臨界擊穿電場高、電子飽和速度高、導熱性能好、抗輻射和良好化學穩定性等優異特性，同時氮化鎵（GaN）材料可以與鋁鎵氮（ALGaN）等材料形成具有高濃度和高遷移率的二維電子氣異質結溝道，因此特別適用于高壓、大功率和高溫應用，是電子應用最具潛力的晶體管之一。

圖1為現有技術普通氮化鎵基異質結場效應管簡稱GaN MIS-HFET結構示意圖，主要包括襯底、鋁銦鎵氮（Al_xIn_yGa_zN）緩沖層、鋁銦鎵氮（Al_xIn_yGa_zN）勢壘層以及柵介質層，鋁銦鎵氮（Al_xIn_yGa_zN）勢壘層上形成的源極、漏極，柵介質層上形成柵極，其中源極和漏極與鋁銦鎵氮（Al_xIn_yGa_zN）勢壘層形成歐姆接觸，柵極與柵介質層形成肖特基接觸。但是對于普通GaN MIS-HFET而言，由于Al_xIn_yGa_zN /GaN異質結構間天然存在很強的二維電子氣（2DEG）溝道，所以在零偏壓下器件處于導通狀態，為耗盡型器件。而增強/耗盡型數字集成電路單元是氮化鎵基集成電路和電力開關的基礎，所以實現氮化鎵基增強型器件，尤其是實現氮化鎵基增強/耗盡型互補邏輯電路有利于氮化鎵集成電路的發展。

在本發明提出之前，為了實現氮化鎵基增強型器件主要采用如下方法：

使用薄層勢壘層技術[M. A. Khan, Q. Chen，C. J. Sun, et al. Enhancement and depletion mode GaN/AlGaNheterostructure field effect transistors[J], Applied Physics Letters, 1996, 68, (4), pp. 514-516]。通過減小AlGaN勢壘層的Al成分和AlGaN厚度能減小溝道中2DEG濃度，優點是沒有對柵下區域進行刻蝕引起工藝損傷，因而肖特基性能較好，柵泄露電流較低，但是由于整體削弱AlGaN勢壘層的厚度，整個溝道區域的2DEG濃度較低，器件的飽和電流較小，同時閾值電壓也不能實現太高。

使用槽柵結構[W. Sato，Y. Takata, M. Kuraguchi, et al. Recessed-gate strcuture approach toward normally-off high-voltage AlGaN/GaNhemt for power electronics applications[J], IEEE Trans. Electron Devices, 2006, 53, (2), pp.356-362]。將柵下AlGaN勢壘層刻蝕掉一部分，當AlGaN勢壘層薄到一定程度時，柵下2DEG密度將減小到可以忽略的程度，而源、漏區域的2DEG密度不變。這樣器件的飽和電流、跨導和閾值電壓均優于薄勢壘結構，但槽柵工藝對刻蝕深度的準確性控制較差，導致工藝重復性差，同時刻蝕會造成機械性損傷，使柵漏電增加。

使用柵下氟離子（F^－）注入[Y. Cai，Y. Zhou, K. J. Chen，et al. High performance enhancement-mode AlGaN/GaN HEMTs using fluoride-based plasma treatment[J], IEEE Electron Device Letters, 2005, 26, (7), pp.435-437]。F^－離子具有很強的負電性，注入到柵下區域可以提高肖特基柵的有效勢壘高度，耗盡柵下2DEG，工藝容易實現且可重復性高，但注入F^－離子穩定性差，對器件的高壓和高溫可靠性產生嚴重影響。