一种基于有机介质的高性能AlGaN/GaN HEMT开关器件结构及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于有机介质的高性能AlGaN/GaN HEMT开关器件结构及其制作方法，从下往上依次包括衬底、GaN缓冲层、AlN隔离层、GaN沟道层、AlGaN本征层和AlGaN掺杂层，所述AlGaN掺杂层上间隔设有源极、有机绝缘层和漏极，所述有机绝缘层上设有ITO栅电极，有机绝缘层与源极相邻的一侧也设有ITO栅电极；所述源极与有机绝缘层侧面的ITO栅电极之间设有钝化层，漏极与有机绝缘层及其上方的ITO栅电极之间也设有钝化层。本发明专利技术成功的减少了所控制部分的2DEG的浓度，且避免了对材料的晶格损伤，还利用了ITO的场板效应大大增加了击穿电压的范围，使得器件的性能有了较大幅度的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有机介质的高性能AlGaN/GaNHEMT开关器件结构及其制作方法
本专利技术涉及微电子
，尤其是涉及一种基于有机介质的高性能AlGaN/GaNHEMT开关器件结构及其制作方法。
技术介绍
近年来以SiC和GaN为代表的第三带宽禁带隙半导体以其禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、饱和电子速度大和异质结界面二维电子气浓度高等特性，使其受到广泛关注。在理论上，利用这些材料制作的高电子迁移率晶体管HEMT、发光二极管LED、激光二极管LD等器件比现有器件具有明显的优越特性，因此近些年来国内外研究者对其进行了广泛而深入的研究，并取得了令人瞩目的研究成果。AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管HEMT在高温器件及大功率微波器件方面已显示出了得天独厚的优势，追求器件高频率、高压、高功率吸引了众多的研究。近年来，制作更高频率高压AlGaN/GaNHEMT成为关注的又一研究热点。由于AlGaN/GaN异质结生长完成后，异质结界面就存在大量二维电子气2DEG，并且其迁移率很高，因此我们能够获得较高的器件频率特性。在提高AlGaN/GaN异质结电子迁移率晶体管击穿电压方面，人们进行了大量的研究，发现AlGaN/GaNHEMT器件的击穿主要发生在栅靠漏端，因此要提高器件的击穿电压，必须使栅漏区域的电场重新分布，尤其是降低栅靠漏端的电场，为此，人们提出了采用场板结构的方法：采用场板结构。参见YujiAndo,AkioWakejima,YasuhiroOkamoto等的NovelAlGaN/GaNdual-field-plateFETwithhighgain,increasedlinearityandstability,IEDM2005,pp.576-579,2005。在AlGaN/GaNHEMT器件中采用场板结构，将器件的击穿电压有一个大幅度的提高，并且降低了栅漏电容，提高了器件的线性度和稳定性。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述的不足，提供了一种能减小2DEG浓度，且性能有了较大幅度提升的基于有机介质的高性能AlGaN/GaNHEMT开关器件结构及其制作方法。本专利技术的技术方案如下：一种基于有机介质的高性能AlGaN/GaNHEMT开关器件结构，从下往上依次包括衬底、GaN缓冲层、AlN隔离层、GaN沟道层、AlGaN本征层和AlGaN掺杂层，所述AlGaN掺杂层上间隔设有源极、钝化层1、有机绝缘层PTFE、钝化层2和漏极，所述钝化层1与有机绝缘层PTFE之间设有ITO栅电极，所述有机绝缘层PTFE上设有ITO电极2，所述有机绝缘层与漏极之间设有钝化层2。所述衬底材料为蓝宝石、碳化硅、GaN或MgO。所述AlGaN掺杂层中Al的组分含量在0～1之间，Ga的组分含量与Al的组分含量之和为1。所述有机绝缘层PTFE层的厚度为200～300nm。所述钝化层1和2中包括Si3N4、Al2O3、HfO2和HfSiO中的一种或多种。本专利技术是这样实现的：在ITO栅电极靠漏极边缘附近淀积有机绝缘层PTFE，然后在PTFE结构上淀积ITO电极2，此时会在PTFE表面产生偶极子层：在PTFE与ITO一侧会产生正离子，PTFE与AlGaN一侧会产生负离子，从而对下方的2DEG浓度产生了耗尽作用，导致了2DEG浓度的减小，增加了栅电极反偏状态下沟道区域的耗尽长度，从而提高了耗尽型器件的击穿电压，并同时采用场板结构，再次提高了击穿电压的数值。上述基于有机介质的高性能AlGaN/GaNHEMT开关器件结构的制作步骤如下：(1)对外延生长的AlGaN/GaN材料进行有机清洗，用流动的去离子水清洗再放入HCl:H2O＝1:1的溶液中腐蚀30～60s，最后用流动的去离子水清洗并用高纯氮气吹干；(2)对清洗干净的AlGaN/GaN材料进行光刻和干法刻蚀，形成有源区台面；(3)对制备好台面的AlGaN/GaN材料进行光刻，形成源漏区，放入电子束蒸发台中淀积欧姆接触金属Ti/Al/Ni/Au＝20/120/45/50nm，并进行剥离，最后在氮气环境中进行850℃，35s的快速热退火，形成欧姆接触；(4)对器件进行光刻，形成有机绝缘介质PTFE淀积区域，然后放入氧等离子处理室中对AlGaN表面进行轻度氧化处理，然后放入电子束蒸发台中：反应室真空抽至4.0×10-3帕，缓慢加电压使控制PTFE蒸发速率为0.1nm/s,淀积200～300nm厚的PTFE薄膜；(5)对完成PTFE淀积的器件进行光刻，形成栅电极以及栅极场板区，放入电子束蒸发台中淀积200nm厚的ITO；(6)将淀积好栅电极的器件放入丙酮溶液中浸泡30～60min，进行超声剥离，形成ITO栅电极和ITO电极2；(7)将完成栅极制备的器件放入PECVD反应室淀积Si3N4钝化膜；(8)将器件再次进行清洗、光刻显影，形成Si3N4薄膜的刻蚀区，并放入ICP干法刻蚀反应室中，将源极、漏极上面覆盖的Si3N4薄膜刻蚀掉；(9)将器件进行清洗、光刻显影，并放入电子束蒸发台中淀积Ti/Au＝20/200nm的加厚电极，完成整体器件的制备。其中，步骤(7)中的工艺条件为：SiH4的流量为40sccm，NH3的流量为10sccm，反应室压力为1～2Pa,射频功率为40W，淀积200nm～300nm厚的Si3N4钝化膜；步骤(8)中ICP干法刻蚀反应室中的工艺条件为：上电极功率为200W，下电极功率为20W，反应室压力为1.5Pa，CF4的流量为20sccm,Ar气的流量为10sccm，刻蚀时间为10min。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用PTFE和ITO所产生的偶极子层实现了对2DEG浓度的控制，成功的减少了所控制部分的2DEG的浓度。(2)本专利技术没有采用将F负离子注入AlGaN掺杂层的方法，一方面避免了对材料的晶格损伤，另一方面也避免了F离子在高温时发生移动造成器件阈值电压发生漂移。(3)本专利技术利用了ITO的场板效应大大增加了击穿电压的范围，使得器件的性能有了较大幅度的提升。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是专利技术的示意图；图2是专利技术的制作流程图。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。如图1所示的基于有机介质的高性能AlGaN/GaNHEMT开关器件结构，从下往上依次包括衬底、GaN缓冲层、AlN隔离层、GaN沟道层、AlGaN本征层和AlGaN掺杂层，所述AlGaN掺杂层上间隔设有源极、钝化层1、有机绝缘层PTFE、钝化层2和漏极，所述钝化层1与有机绝缘层PTFE之间设有ITO栅电极，所述有机绝缘层PTFE之上设有ITO电极2，所述有机绝缘层与漏极之间设有钝化层2。其中，所述有机绝缘层PTFE的厚度为200～300nm。另外，所述衬底材料为蓝宝石、碳化硅、GaN或MgO，钝化层1和2中包括Si3N4、Al2O3、HfO2和HfSiO中的一种或多种。而在AlGaN掺杂层中Al的组分含量在0～1之间，Ga的组分含量与Al的组分含量之和为1。本专利技术在栅极靠漏极边缘附近淀积有机绝缘层PTFE，然后在PTFE结构上淀积ITO栅电极，此时会在PTFE表面产生偶极子层：在PTFE与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于有机介质的高性能AlGaN/GaN HEMT开关器件结构，其特征在于，从下往上依次包括衬底、GaN缓冲层、AlN隔离层、GaN沟道层、AlGaN本征层和AlGaN掺杂层，所述AlGaN掺杂层上间隔设有源极、有机绝缘层和漏极，所述有机绝缘层上设有ITO栅电极，有机绝缘层与源极相邻的一侧也设有ITO栅电极；所述源极与有机绝缘层侧面的ITO栅电极之间设有钝化层，漏极与有机绝缘层及其上方的ITO栅电极之间也设有钝化层。

【技术特征摘要】
1.一种基于有机介质的高性能AlGaN/GaNHEMT开关器件结构，其特征在于，从下往上依次包括衬底、GaN缓冲层、AlN隔离层、GaN沟道层、AlGaN本征层和AlGaN掺杂层，所述AlGaN掺杂层上间隔设有源极、第一钝化层、ITO栅电极、有机绝缘层PTFE、第二钝化层和漏极，所述第一钝化层与有机绝缘层PTFE之间设有ITO栅电极，所述有机绝缘层PTFE之上设有第二ITO电极，所述有机绝缘层与漏极之间设有第二钝化层。2.根据权利要求1所述的基于有机介质的高性能AlGaN/GaNHEMT开关器件结构，其特征在于，所述衬底材料为蓝宝石、碳化硅、GaN或MgO。3.根据权利要求1所述的基于有机介质的高性能AlGaN/GaNHEMT开关器件结构，其特征在于，所述AlGaN掺杂层中Al的组分含量在0～1之间，Ga的组分含量与Al的组分含量之和为1。4.根据权利要求1所述的基于有机介质的高性能AlGaN/GaNHEMT开关器件结构，其特征在于，所述PTFE层的厚度为200～300nm。5.根据权利要求1所述的基于有机介质的高性能AlGaN/GaNHEMT开关器件结构，其特征在于，所述第一和第二钝化层中包括Si3N4、Al2O3、HfO2和HfSiO中的一种或多种。6.一种基于有机介质的高性能AlGaN/GaNHEMT开关器件结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对外延生长的AlGaN/GaN材料进行有机清洗，用流动的去离子水清洗再放入HCl:H2O＝1:1的溶液中腐蚀30～60s，最后用流动的去离子水清洗并用高纯氮气吹干；(2)对清洗干净的AlGaN/GaN材料进行光刻和干法刻蚀，形成有源区台面；(3)对制备好台面的AlGaN/GaN材料进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯倩，代波，董良，杜锴，郑雪峰，张春福，马晓华，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61