GaN增强型遂穿HEMT及通过自对准实现GaN增强型遂穿HEMT的方法技术

技术编号:14880736 阅读:167 留言:0更新日期:2017-03-24 03:26
本发明专利技术公开了一种GaN增强型遂穿HEMT及通过自对准实现GaN增强型遂穿HEMT的方法。所述方法包括:在衬底上生长形成主要由第一、第二半导体组成的异质结构,第二半导体形成于第一半导体表面,并具有宽于第一半导体的带隙;在第二半导体上生长形成栅介质层;刻蚀除去与漏电极对应区域的栅介质层,并制作漏电极,且使漏电极与形成于异质结构中的二维电子气形成欧姆接触;采用自对准工艺进行栅、源电极的制作,使源、栅电极分别与第二半导体和栅介质层形成肖特基接触。本发明专利技术充分利用电子遂穿效应实现了HEMT器件以常关型工作模式运行,提高了器件应用的安全性,并且功耗低,特别是通过采用自对准工艺,降低了工艺难度和器件的成品率,重复性好,利于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种增强型遂穿场效应晶体管及其制备工艺,特别涉及一种通过自对准工艺实现GaN增强型遂穿HEMT的方法,属于微电子工艺领域。
技术介绍
HEMT器件是充分利用半导体的异质结结构(Heterostructure)形成的二维电子气而制成的,与Ⅲ-Ⅵ族(如AlGaAs/GaAsHEMT)相比,Ⅲ族氮化物半导体由于压电极化和自发极化效应,在异质结构(如AlGaN/GaN)上,能够形成高浓度的二维电子气。所以在使用Ⅲ族氮化物制成的HEMT器件中,势垒层一般不需要进行掺杂。同时,Ⅲ族氮化物具有大的禁带宽度、较高的饱和电子漂移速度、高的临界击穿电场和极强的抗辐射能力等特点,能够满下一代电力电子系统对功率器件更大功率、更高频率、更小体积和更高温度的工作的要求。现有的Ⅲ族氮化物半导体HEMT器件作为高频器件或者高压大功率开关器件使用时,特别是作为功率开关器件时,增强型HEMT器件与耗尽型HEMT器件相比有助于提高系统的安全性、降低器件的损耗和简化设计电路。目前实现增强型HEMT主要的方法有薄的势垒层、凹栅结构、P型盖帽层和F处理等技术,但这些技术都存在自身的不足。例如,薄的势垒层技术不使用刻蚀工艺,所以带来的损伤小,但是由于较薄的势垒层,器件的饱和电流较小,F等离子处理也能实现增强型HEMT器件,并且不需要刻蚀,但是F的等离子体在注入的过程中也会刻蚀势垒层。造成器件性能的降低。P型盖帽层技术不产生离子刻蚀对沟道电子的影响,所以具有较高的饱和电流,但是,一般采用的P型半导体(如P-AlGaN、P-GaN、P-InGaN)等,在使用干法刻蚀的过程中(如Cl2等离子刻蚀),势垒层AlGaN与P型半导体具有很小的刻蚀选择比,所以很难控制将P型半导体完全刻蚀,同时刻蚀停止在势垒层AlGaN表面,利用遂穿效应可以有效的实现增强型HEMT器件,但是在遂穿器件中,源电极和栅电极要距离很近(几个到几十个纳米),通过传统的微电子工艺制作距离在纳米量级的源电极和栅电极是非常困难的。
技术实现思路
针对现有技术中的不足,本专利技术的主要目的在于提供一种GaN增强型遂穿HEMT及通过自对准实现GaN增强型遂穿HEMT的方法。为实现前述专利技术目的,本专利技术采用的技术方案包括:在一些实施例中提供了一种GaN增强型遂穿HEMT,其包括主要由第一半导体和第二半导体组成的异质结构以及源、漏、栅电极,所述第二半导体形成于第一半导体表面,并具有宽于第一半导体的带隙,所述源、漏电极经形成于所述异质结构内的二维电子气电连接,所述栅电极设置于源电极和漏电极之间,所述源电极与第二半导体之间形成肖特基接触,所述漏电极与二维电子气形成欧姆接触。在一些实施例中,所述栅电极与第二半导体之间还分布有栅介质层,且所述栅电极与栅介质层之间形成肖特基接触。在一些实施例中,当栅电极电压小于或等于0,而漏电极电压大于设定电压时,漏电极与源电极形成反向的肖特基结构,所述HEMT处于关断状态,而当栅电极电压大于阈值电压时,因量子遂穿效应形成导电通道使所述HEMT处于开启状态。在一些实施例中还提供了一种通过自对准实现GaN增强型遂穿HEMT的方法,其包括:在衬底上生长形成主要由第一半导体和第二半导体组成的异质结构,其中所述第二半导体形成于第一半导体表面,并具有宽于第一半导体的带隙;在第二半导体上生长形成栅介质层,刻蚀除去与漏电极对应区域的栅介质层,并制作漏电极,且使漏电极与形成于异质结构中的二维电子气形成欧姆接触;采用自对准工艺进行栅、源电极的制作,使源电极和栅电极分别与第二半导体和栅介质层形成肖特基接触。在一些实施例中,所述的方法还包括:在完成漏电极的制作后,于栅介质层上沉积栅电极材料,且使栅电极材料与栅介质层形成肖特基接触,在栅电极材料上方设置掩膜,并利用所述掩膜至少对与源电极对应区域的栅介质层或栅介质层及栅电极材料进行刻蚀,直至到达第二半导体层表面或第二半导体层的设定深度处,之后再利用所述掩膜沉积源电极材料而制作形成源电极,实现源电极和栅电极的自对准。与现有技术相比,本专利技术的优点包括:充分利用电子遂穿的效应,实现了GaN基HEMT器件以常关型的工作模式运行,提高了器件在系统应用过程中的安全性,并且降低系统的功耗,特别是在器件制作过程中充分利用自对准工艺,降低了工艺难度和器件的成品率,重复性好,利于实现工业化生产。附图说明图1是普通耗尽型GaNHEMT器件的局部结构示意图;图2是本专利技术一典型增强型GaNHEMT器件的局部结构示意图;图3是本专利技术一典型实施方案中的器件制作流程图;图4是本专利技术一典型增强型GaNHEMT器件的能带原理图;附图标记说明:衬底1、氮化镓2、氮化铝3、势垒层4、栅电极5、剥离金属6、二维电子气7、源电极8、漏电极9、栅介质10、掩膜11。具体实施方式下文将对本专利技术的技术方案作更为详尽的解释说明。但是,应当理解,在本专利技术范围内,本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合,从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅,在此不再一一累述。本专利技术的一个方面涉及了一种GaN增强型遂穿HEMT。在一些实施例中,所述HEMT包括主要由第一半导体和第二半导体组成的异质结构以及源、漏、栅电极,所述第二半导体形成于第一半导体表面,并具有宽于第一半导体的带隙,所述源、漏电极经形成于所述异质结构内的二维电子气电连接,所述栅电极设置于源电极和漏电极之间,所述源电极与第二半导体之间形成肖特基接触,所述漏电极与二维电子气形成欧姆接触。在一些实施例中,所述栅电极与第二半导体之间还分布有栅介质层,且所述栅电极与栅介质层之间形成肖特基接触。其中,所述栅介质层的材料可包括SiO2、Al2O3和氮化硅中的任一种或两种以上的组合,但不限于此。进一步的,在一些较为具体的实施例中,所述栅介质层的厚度为20nm-100nm。在一些实施例中,当栅电极电压小于或等于0,而漏电极电压大于设定电压时,漏电极与源电极形成反向的肖特基结构,所述HEMT处于关断状态,而当栅电极电压大于阈值电压时,因量子遂穿效应形成导电通道使所述HEMT处于开启状态。具体而言,当栅电极电压大于阈值电压时,源电极一端的电子可以通过量子遂穿的效应,越过势垒层,使HEMT器件导通。进一步的,在栅电极电压(栅压)大于阈值电压时,由于栅电极下端的导带向下弯曲,电子由于量子遂穿效应,可以遂穿过势垒层,使HEMT器件导通。在一些较为优选的实施例中,所述栅电极与源电极在水平方向上的距离大于或等于0,在垂直方向上的高度差大于0。换言之,所述栅电极和源电极在水平方向上的距离可以为零,而只在垂直方向上存在高度差。在一些实施例中,所述第一半导体的材料可选自GaN,但不限于此。在一些实施例中,所述第二半导体的材料可选自AlxGa(1-x)N(0<x≤1),但不限于此。在一些实施例中,所述源电极下端直接与第二半导体表面接触或穿入第二半导体。在一些实施例中,当所述HEMT器件工作时,其源电极和漏电极分别与电源的低电位和高电位连接。在一较为具体的实施案例中,所述异质结构可以主要由GaN和AlxGa(1-x)N(0<x≤1)半导体组成,源、漏电极位于AlxGa(1-x)N表面并且通过欧姆接触与二维本文档来自技高网
...
GaN增强型遂穿HEMT及通过自对准实现GaN增强型遂穿HEMT的方法

【技术保护点】
一种GaN增强型遂穿HEMT,其特征在于包括主要由第一半导体和第二半导体组成的异质结构以及源、漏、栅电极,所述第二半导体形成于第一半导体表面,并具有宽于第一半导体的带隙,所述源、漏电极经形成于所述异质结构内的二维电子气电连接,所述栅电极设置于源电极和漏电极之间,所述源电极与第二半导体之间形成肖特基接触,所述漏电极与二维电子气形成欧姆接触。

【技术特征摘要】
1.一种GaN增强型遂穿HEMT,其特征在于包括主要由第一半导体和第二半导体组成的异质结构以及源、漏、栅电极,所述第二半导体形成于第一半导体表面,并具有宽于第一半导体的带隙,所述源、漏电极经形成于所述异质结构内的二维电子气电连接,所述栅电极设置于源电极和漏电极之间,所述源电极与第二半导体之间形成肖特基接触,所述漏电极与二维电子气形成欧姆接触。2.根据权利要求1所述的GaN增强型遂穿HEMT,其特征在于所述栅电极与第二半导体之间还分布有栅介质层,且所述栅电极与栅介质层之间形成肖特基接触。3.根据权利要求2所述的GaN增强型遂穿HEMT,其特征在于:所述栅介质层的材料包括SiO2、Al2O3和氮化硅中的任一种或两种以上的组合;优选的,所述栅介质层的厚度为20nm-100nm。4.根据权利要求1-3中任一项所述的GaN增强型遂穿HEMT,其特征在于,当栅电极电压小于或等于0,而漏电极电压大于设定电压时,漏电极与源电极形成反向的肖特基结构,所述HEMT处于关断状态,而当栅电极电压大于阈值电压时,因量子遂穿效应形成导电通道使所述HEMT处于开启状态。5.根据权利要求1-3中任一项所述的GaN增强型遂穿HEMT,其特征在于所述栅电极与源电极在水平方向上的距离大于或等于0,在垂直方向上的高度差大于0。6.根据权利要求1-3中任一项所述的GaN增强型遂穿HEMT,其特征在于:所述第一半导体的材料...

【专利技术属性】
技术研发人员:张志利蔡勇张宝顺付凯于国浩孙世闯宋亮邓旭光
申请(专利权)人:中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
类型:发明
国别省市:江苏;32

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1