【技术实现步骤摘要】
一种与Si-CMOS工艺兼容的AlGaN/GaN异质结HEMT器件及其制作方法
本专利技术属于半导体器件
,具体涉及一种与Si‐CMOS工艺兼容的AlGaN/GaN异质结HEMT器件制造方法,可用于电力电子和微波通信等领域。
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异质结的微波功率器件在高频率、高功率的无线通信、雷达等领域具有非常好的应用前景。然而,HEMT器件仍然面临诸多挑战,如:电流崩塌,阈值稳定及器件的可靠性等,电流崩塌指器件在高压关态应力后,器件的导通电阻增加的现象。这种现象的一个主要原因为HEMT器件中较为严重的界面态或表面态,器件沟道中的电子浓度由于缺陷的捕获而降低。同时,较高的成本限制了HEMT器件的广泛应用。降低HEMT的制造成本的一个方法是实现HEMT在Si‐CMOS工艺线的大规模生产。然后,几个因素限制了HEMT器件在CMOS工艺线加工:1、 ...
【技术保护点】
一种与Si‐CMOS工艺兼容的AlGaN/GaN异质结HEMT器件,其特征在于,包括AlGaN/GaN异质结外延层、钝化层、栅介质层、无金栅电极、无金源漏电极;所述AlGaN/GaN异质结外延层从下往上依次包括衬底、氮化物成核层、氮化物缓冲层、GaN沟道层、AlGaN本征势垒层和AlGaN重掺杂层,AlGaN重掺杂层通过电离施主产生电荷以补偿半导体的表面受主能级从而抑制电流崩塌,同时经低温退火与无金源漏电极形成欧姆接触。
【技术特征摘要】
1.一种与Si‐CMOS工艺兼容的AlGaN/GaN异质结HEMT器件,其特征在于,包括AlGaN/GaN异质结外延层、钝化层、栅介质层、无金栅电极、无金源漏电极;所述AlGaN/GaN异质结外延层从下往上依次包括衬底、氮化物成核层、氮化物缓冲层、GaN沟道层、AlGaN本征势垒层和AlGaN重掺杂层,AlGaN重掺杂层通过电离施主产生电荷以补偿半导体的表面受主能级从而抑制电流崩塌,同时经低温退火与无金源漏电极形成欧姆接触。2.根据权利要求1所述的一种与Si‐CMOS工艺兼容的AlGaN/GaN异质结HEMT器件,其特征在于,AlGaN/GaN异质结外延层的衬底的材质为蓝宝石、硅、碳化硅或同质外延的GaN,氮化物成核层材质为GaN或AlN,氮化物缓冲层为GaN、AlGaN、渐变组分AlGaN中的一种或两种以上的组合,GaN沟道层和AlGaN本征势垒层之间具有二维电子气。3.根据权利要求1所述的一种与Si‐CMOS工艺兼容的AlGaN/GaN异质结HEMT器件,其特征在于,AlGaN本征势垒层的Al元素的摩尔含量在为0.2~0.3,厚度为10~15nm,并且外延生长该AlGaN本征势垒层时,不做掺杂;AlGaN重掺杂层的Al元素的摩尔含量为0.1~0.2,厚度为5~10nm,施主杂质的掺杂浓度为1x1018cm‐3至1x1020cm‐3。4.根据权利要求1所述的一种与Si‐CMOS工艺兼容的AlGaN/GaN异质结HEMT器件,其特征在于,钝化层覆盖在AlGaN重掺杂层上,材质为SiN、SiO2、SiON中的一种,或者是其组合而成的多层结构,厚度为100nm~200nm;栅介质层覆盖在钝化层上,材质为SiN、SiO2、SiON、Ga2O3、Al2O3、AlN、HfO2中的一种,或者是其组合而成多层结构,厚度为20nm~30nm。5.根据权利要求1所述的一种与Si‐CMOS工艺兼容的AlGaN/GaN异质结HEMT器件,其特征在于,无金栅电极下方的钝化层被去除,无金栅电极底部与栅介质层接触,无金栅电极与AlGaN重掺杂层之间是栅介质层;同时,栅电极下方对应的AlGaN重掺杂层全部或部分被氧化成氧化物;无金栅电极的材料为多层金属,其中底层金属为Ni,表层为W、TiW或TiN在空气中稳定和不易氧化的金属,形成Ni/W,或Ni/TiW,或Ni/TiN多层金属体系。6.根据权利要求1所述的一种与Si‐CMOS工艺兼容的AlGaN/GaN异质结HEMT器件,其特征在于,无金源漏电极下方的栅介质层和钝化层被去除,无金源漏电极底部与AlGaN重掺杂层接触。7.根据权利要求1所述的一种与Si‐CMOS工艺兼容的AlGaN/GaN异质结HEMT器件,其特征在于,无金源漏电极的材料为多层金属,其中底层金属为Ti/Al多层金属,表层为W、TiW或TiN,形成Ti/Al/Ti/W,或Ti/Al/TiW,或Ti/Al/Ti/TiN多层金属体系,并通过低温退火工艺与AlGaN重掺杂层形成欧姆接触。8.根据权利要求1~7任一项所述的一种与Si‐CMOS工艺兼容的AlGaN/GaN异质结HEMT器件,其特征在于制备过程包括如下步...
【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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