引言

GaN基高電子遷移率晶體管（HEMT）由于其高頻和低導通電阻的特性，近來在功率開關應用中引起了廣泛關注。二維電子氣（2DEG）是由AlGaN/GaN異質結中強烈的自發和壓電極化效應引起的，這導致傳統器件通常處于導通狀態，即耗盡模式。

我們通過精確控制p-GaN層的蝕刻深度，同時對底層AlGaN勢壘造成較小蝕刻損傷，對于恢復接入區域中的高密度電子是必要的，這是p-GaN柵極HEMT制造中較關鍵的工藝。通常，我們為了完全耗盡溝道中的2DEG以進行常關操作，會在外延技術中采用厚的p-GaN層和薄的AlGaN層。

由于過度蝕刻，AlGaN勢壘進一步變薄，即使是幾納米，也可能導致接入區電導率的急劇下降，這意味著器件輸出性能的下降。另一方面，未蝕刻的Mg摻雜p-GaN層可以形成導致斷態泄漏的導電溝道。因此，對于具有更高驅動電流、更低關斷泄漏和改進動態導通電阻的高性能E模式HEMT器件，需要精確控制p-GaN蝕刻深度，同時對AlGaN表面造成較小損害。

實驗與討論

在這項工作中，英思特使用了兩種在6英寸Si襯底上外延生長的p-GaN/AlGaN/GaN和AlGaN/GaN異質結構。一種是p-GaN (80nm)/Al0.25Ga0.75N(15nm)/無意摻雜的GaN(300nm)/緩沖層(4.2μm)/Si(1mm)，另一種是Al0.25Ga0.75N(15nm)/無意摻雜的GaN (300nm)/緩沖層(4.2μm)/Si(1mm)。在本文的其余部分中，它們被稱為p-GaN樣品和AlGaN樣品。

圖1：(a)的蝕刻速率、p-GaN和AlGaN之間的(b)選擇性對六氟化硫濃度的依賴性

SF6濃度選擇性蝕刻工藝對環境中的SF6濃度有著很強的依賴性（如圖1）。當SF6濃度從0增加到15％時，觀察到p-GaN刻蝕速率顯著增強。由于活性氯的催化生成，進一步增加SF6氣體流量。綜上所述，添加SF6對p-GaN的刻蝕有兩個方面的影響，并且可以優化濃度以獲得較佳效果。p-GaN 蝕刻。對于AlGaN樣品，由于非揮發性AlFx的形成充當強大的蝕刻停止層，蝕刻速率隨著SF6濃度的增加而單調降低。

為了全面研究所開發工藝對p-GaN/AlGaN晶圓的實際效果，英思特用AFM測量了不同刻蝕時間的刻蝕深度。蝕刻過程非常線性，直到到達AlGaN表面。圖2中的X-SEM清楚地顯示出在優化工藝下經過2.5分鐘的蝕刻后，AlGaN表面非常光滑且幾乎沒有凹陷，從而證明了對 AlGaN層的高選擇性蝕刻。

圖2

為了進一步評估所開發的選擇性蝕刻工藝對AlGaN表面的影響，我們以非接觸模式對上述樣品A和樣品B優化工藝下的刻蝕拍攝了表面形貌的AFM圖像。正如圖3所見，對于樣品 A，暴露的AlGaN表面非常光滑，均方根(RMS)表面粗糙度為0.428nm，這與生長的AlGaN表面（0.446nm）相似。這歸因于所開發的高選擇性蝕刻的優點及其低功率造成的表面損傷非常小。

然而，對于樣品B的非選擇性p-GaN蝕刻，暴露的AlGaN表面粗糙度高達0.987nm。這相當于生長的p-GaN表面，由于Cp2Mg的摻雜，其具有1.053nm RMS粗糙度。顯然，樣品B AlGaN 表面要粗糙得多，因為由于非選擇性蝕刻的性質，其形貌基本上繼承自生長的p-GaN 層。

圖3：表面形態

結論

在這項工作中，英思特通過使用BCl3/SF6混合物在AlGaN上成功開發了p-GaN的高選擇性ICP刻蝕工藝，實現了41:1的高選擇性。在這樣的AlGaN表面上，制備的Ni/Al2O3/AlGaN MIS 電容器表現出與外延AlGaN表面相當的C-V特性。這一現象表明，蝕刻p-GaN層后AlGaN表面幾乎沒有損傷，使得該工藝將有希望應用于高性能p-GaN柵極HEMT的制造。

審核編輯 黃宇