The present invention provides an enhanced HEMT device with a Si substrate and a AlGaN/GaN heterojunction base and a method for manufacturing the same. The device includes a Si substrate (101), AlN (102) AlGaN nuclear layer, transition layer (103 105), AlGaN buffer layer (106), low temperature AlN interlayer (107), AlGaN (108), AlGaN/GaN buffer layer superlattice layer (109), GaN (110 channel layer AlGaN), barrier function layer (111), both sides of the top is a source electrode and a drain electrode (112) (113), the top is in the middle of the gate electrode (116), intermediate AlGaN barrier function layer (111) is cut through the groove, and the bottom of the groove and the GaN channel layer (110) is in contact with the bottom of the groove deposited with the passivation layer (114) and (115) the gate dielectric layer, dielectric layer above the gate electrode (116). The invention of the prepared device having a high threshold voltage, high breakdown voltage, high current density, and excellent pinch off characteristics, but also has the advantages of simple process, good reproducibility, suitable for application of high power electronic devices.
【技术实现步骤摘要】
基于Si衬底AlGaN/GaN异质结基的增强型HEMT器件及其制造方法
本专利技术属于微电子
,涉及半导体器件,具体的说是一种基于Si衬底AlGaN/GaN异质结基的增强型HEMT器件及其制造方法,可用于高压大功率应用场合以及构成数字电路基本单元。
技术介绍
随着现代武器装备和航空航天、核能、通信技术、汽车电子、开关电源的发展,对半导体器件的性能提出了更高的要求。作为宽禁带半导体材料的典型代表,GaN基材料具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、临界击穿场强高、热导率高、稳定性好、耐腐蚀、抗辐射等特点,可用于制作高温、高频及大功率电子器件。另外,GaN还具有优良的电子特性,可以和AlGaN形成调制掺杂的AlGaN/GaN异质结构,该结构在室温下可以获得高于1500cm2/Vs的电子迁移率,以及高达3×107cm/s的峰值电子速度和2×107cm/s的饱和电子速度,并获得比第二代化合物半导体异质结构更高的二维电子气密度,被誉为是研制微波功率器件的理想材料。因此,基于AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管HEMT在微波大功率器件方面具有非常好的应用前景。GaN是第三代半导体材料的典型代表,具有宽禁带、高击穿电场、高频、高效等优异性质,GaN基材料和器件是电力电子行业发展的方向。为了替代现有的Si基电力电子器件,GaN基高压材料和器件需要在保持高性能的前提下极大地降低生产成本。在大尺寸Si衬底上制备GaN基外延材料和器件,是平衡性能和成本的最佳解决方案。目前,国内大量的高科技公司和科研单位希望可以在大尺寸(6英寸及以上)Si衬底上生长平整、无龟裂的高质量 ...
【技术保护点】
基于Si衬底AlGaN/GaN异质结基的增强型HEMT器件,其特征在于包括从下至上依次层叠的Si衬底(101)、AN成核层(102)、AlGaN过渡层(103‑105)、AlGaN缓冲层(106)、低温AlN插入层(107)、AlGaN主缓冲层(108)、AlGaN/GaN超晶格层(109)、GaN沟道层(110)、AlGaN势垒功能层(111);HEMT器件的顶端两侧是源电极(112)和漏电极(113),顶端中间是栅电极(116);AlGaN势垒功能层(111)上淀积有钝化保护层(114),AlGaN势垒功能层(111)和钝化保护层(114)中间被刻穿形成凹槽,凹槽的底部与GaN沟道层(110)相连,底部还淀积有钝化保护层(114)和介质层(115),介质层上面是所述栅电极(116),形成MIS结构,AlGaN势垒功能层(111)上方两侧的钝化保护层(114)被刻蚀成源电极(112)窗口和漏电极(113)窗口,源电极(112)窗口和漏电极(113)窗口分别用于通过蒸发形成源电极(112)、漏电极(113)。
【技术特征摘要】
1.基于Si衬底AlGaN/GaN异质结基的增强型HEMT器件,其特征在于包括从下至上依次层叠的Si衬底(101)、AN成核层(102)、AlGaN过渡层(103-105)、AlGaN缓冲层(106)、低温AlN插入层(107)、AlGaN主缓冲层(108)、AlGaN/GaN超晶格层(109)、GaN沟道层(110)、AlGaN势垒功能层(111);HEMT器件的顶端两侧是源电极(112)和漏电极(113),顶端中间是栅电极(116);AlGaN势垒功能层(111)上淀积有钝化保护层(114),AlGaN势垒功能层(111)和钝化保护层(114)中间被刻穿形成凹槽,凹槽的底部与GaN沟道层(110)相连,底部还淀积有钝化保护层(114)和介质层(115),介质层上面是所述栅电极(116),形成MIS结构,AlGaN势垒功能层(111)上方两侧的钝化保护层(114)被刻蚀成源电极(112)窗口和漏电极(113)窗口,源电极(112)窗口和漏电极(113)窗口分别用于通过蒸发形成源电极(112)、漏电极(113)。2.根据权利要求1所述的基于Si衬底AlGaN/GaN异质结基的增强型HEMT器件,其特征在于Si衬底尺寸为2inch-10inch。3.根据权利要求1所述的基于Si衬底AlGaN/GaN异质结基的增强型HEMT器件,其特征在于AlGaN过渡层(103-105)总共三层,其中从下至上每层的Al元素的摩尔含量依次为x、y和z,并满足关1>x>y>z>0的关系,从下至上每层的厚度依次为h1、h2和h3,并满足关300nm>h3>h2>h1>50nm的关系。4.根据权利要求1的基于Si衬底AlGaN/GaN异质结基的增强型HEMT器件,其特征在于AlGaN缓冲层(106)和AlGaN主缓冲层(108)中的Al元素摩尔含量分别为m和n,满足关系式m>0和n>0。5.根据权利要求1的基于Si衬底AlGaN/GaN异质结基的增强型HEMT器件,其特征在于AlGaN缓冲层(106)和AlGaN主缓冲层(108)中间穿插低温AlN层(107)。6.根据权利要求1的基于Si衬底AlGaN/GaN异质结基的增强型HEMT器件,其特征在于GaN沟道层(110)下有AlGaN/GaN超晶格层,超晶格周期大于5个周期。7.根据权利要求1的基于Si衬底AlGaN/GaN异质结基的增强型HEMT器件,其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员:王洪,周泉斌,李祈昕,
申请(专利权)人:华南理工大学,
类型:发明
国别省市:广东,44
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