一种增强型 GaN HEMT 外延材料结构制造技术

本实用新型专利技术涉及半导体器件领域，提供一种增强型GaN HEMT外延材料结构，从下到上依次包括P型Si衬底、AlGaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN背势垒层及帽层；器件两端具有第一隔离区和第二隔离区，第一隔离区和第二隔离区分别从帽层的上表面开始刻蚀并向下延伸至AlGaN缓冲层内部；AlGaN背势垒层上形成有源极和漏极，帽层上形成有栅极，且栅极位于漏极和源极之间；AlGaN背势垒层生长有SiN层。本实用新型专利技术由AlGaN/GaN/AlGaN双异质结结构组成，与普通GaN HEMT不同的是：使用禁带宽度更宽的AlGaN代替GaN作为缓冲层材料，而使GaN沟道被夹在AlGaN势垒层和AlGaN缓冲层之间而有效的增强GaN器件二维电子气。

【技术实现步骤摘要】
一种增强型GaNHEMT外延材料结构
本技术涉及半导体器件
，具体涉及一种增强型GaNHEMT外延材料结构。
技术介绍
相对于传统SiCMOS技术，GaN超高速数字逻辑器件具有更高的开关速度，更高的阻断电压，更低的导通损耗，以及更高的工作温度，且采用E-modeGaNHEMT和D-modeGaNHEMT构成的直接耦合FET逻辑电路(DCFL)具有电路简单、相邻之间无需电位转换、所含晶体管少的特点，正成为SiCMOS高速电路在数模和射频电路领域的后续发展中的有力竞争者。增强型器件在栅压为零时没有导通电流，降低了器件的功耗；同时数字电路和高压开关等领域的应用也迫切需要增强型器件。因此增强型的GaN功率电子器件也越来越受到重视。近年来，各国际知名半导体公司和大学已经对GaN基高速数字器件的研究给予极大的关注。与国外相比我国在GaN基功率器件的研究上，研究规模和研究深度与国际先进水平在整体上还有很大差距。因此，如何进一步优化阈值电压与比导通电阻之间的关系，充分发挥GaN材料优势，仍然是今后很长一段时间内GaN基数字逻辑器件研究的重点。因此，研究新的器件结构和探索实现增强型器件的新思路，是GaN基器件发展迫切需要解决的问题。近年来，基于增强型GaNHEMT的超高速数字电路已经取得了巨大的发展，但由于在AlGaN/GaN异质结中极化电荷的存在，材料掺杂比较困难，欲做成常关器件，需采用特殊的结构。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种增强型GaNHEMT外延材料结构，该方法可以很好地解决以上问题。为达到上述要求，本技术采取的技术方案是：提供一种增强型GaNHEMT外延材料结构，从下到上依次包括P型Si衬底、AlGaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN背势垒层及帽层；器件边缘刻蚀形成隔离区，隔离区从帽层的上表面开始刻蚀并向下延伸至AlGaN缓冲层内部；AlGaN背势垒层上形成有源极和漏极，帽层上形成有栅极，且栅极位于漏极和源极之间；AlGaN背势垒层生长有SiN层。与现有技术相比，本技术具有的优点是：1、使用禁带宽度更宽的AlGaN代替GaN作为缓冲层材料，而使GaN沟道层被夹在AlGaN背势垒层和AlGaN缓冲层之间形成AlGaN/GaN/AlGaN双异质结结构，有效的增强GaN器件二维电子气，材料掺杂容易，无需采用特殊结构即可做成常关器件；2、该器件结构采用硅基衬底异质集成方式实现，其AlGaN缓冲层有效的克服了缓冲层材料与Si材料之间原子晶格难以匹配的挑战，可用于吸收Si衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力，过滤掉衬底产生的散射中心，避免产生晶格驰豫；3、该器件结构中使用的衬底为高电阻P-typeSi衬底，实现了与硅基异质集成；4、该器件结构采用Al成分缓变结构的AlGaN缓冲层，相比GaN缓冲层有着更大的禁带宽度和更高的临界击穿电场；5、该器件结构采用了p型GaN盖帽层，提升器件阈值电压而形成增强型器件。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本技术的结构示意图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。本技术提供一种增强型GaNHEMT外延材料结构，如图1所示，从下到上依次包括：P型Si衬底10；AlGaN缓冲层20，采用Al组分渐变结构，形成gradedAlGaNbuffer，是Si衬底到GaN沟道之间的缓冲层,用于吸收Si衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力；其中Al含量从0到0.26；GaN沟道层30，采用MOCVD生长，用于低场下为二维电子气提供导电沟道；AlGaN背势垒层40，采用MOCVD方法生长，厚度为1.5nm，用于和栅金属形成肖特基接触；帽层50，为p型掺杂GaN盖帽层50，厚度为1nm~3nm；该外延材料结构边缘刻蚀形成隔离区，隔离区从帽层50的上表面开始刻蚀并向下延伸至AlGaN缓冲层20内部；AlGaN背势垒层40上形成有源极S和漏极D，帽层50上形成有栅极G，且栅极G位于漏极D和源极S之间；AlGaN背势垒层40生长有SiN层60。具体器件制作方法如下：1、光刻和蚀刻最上层的帽层50，只留下位于源极S和漏极D间的小部分以备在上面放置栅极G；再光刻、蒸发并剥离Ti/Al/Ni/Au，在AlGaN背势垒层40上形成源漏电极金属，最后辅以高温退火（850度）形成欧姆接触；2、光刻和使用ICP干法刻蚀形成隔离台面，其中采用Cl2气体进行刻蚀隔离，刻蚀帽层50、AlGaN背势垒层40、GaN沟道层30，直到AlGaN缓冲层20，形成一个隔离区；3、在帽层50上经光刻和蒸发Pt/Au，再用常规剥离工艺形成栅极G金属，与AlGaN背势垒层40形成肖特基接触。本专利技术所开发的基于硅衬底的GaNHEMT器件结构可与常规Si基CMOS高速逻辑电路器件工艺兼容，极大的拓宽GaAs器件在数字电路领域的应用；其Al成分缓变结构的AlGaN缓冲层20相比GaN缓冲层有着更大的禁带宽度和更高的临界击穿电场，使得GaN背势垒HEMT（DHEMT）结构有着更好的载流子限域和夹断特性；AlGaN背势垒HEMT器件结构可很好地解决了普通AlGaN/GaNHEMT缓冲层内泄漏电流过大导致器件提前击穿的问题；p型GaN盖帽层50，使器件的导带位于费米能级之上造成沟道中的2DEG被完全耗尽，实现了零栅压下沟道截止，有效的提升了器件阈值电压而形成增强型器件；基于硅衬底的GaN技术既能进一步提升宽禁带半导体器件的性能，又可大幅度降低成本，在数模和RF电路应用中拥有巨大的潜力。以上所述实施例仅表示本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本技术范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术保护范围。因此本技术的保护范围应该以所述权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强型GaN HEMT外延材料结构，其特征在于，从下到上依次包括P型Si衬底、AlGaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN背势垒层及帽层；器件边缘刻蚀形成隔离区，隔离区从帽层的上表面开始刻蚀并向下延伸至AlGaN缓冲层内部；AlGaN背势垒层上形成有源极和漏极，帽层上形成有栅极，且栅极位于漏极和源极之间；AlGaN背势垒层生长有SiN层。

【技术特征摘要】
1.一种增强型GaNHEMT外延材料结构，其特征在于，从下到上依次包括P型Si衬底、AlGaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN背势垒层及帽层；器件边缘刻蚀形成隔离区，隔离区从帽层的上表面开始刻蚀并向下延伸至AlGaN缓冲层内部；AlGaN背势垒层上形成有源极和漏极，帽层上形成有栅极，且栅极位于漏极和源极之间；AlGaN背势垒层生长有SiN层。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎明，
申请(专利权)人：成都海威华芯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51