本发明专利技术公开了一种薄势垒增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件及其制作方法，主要解决现有同类器件击穿性能差和输出电流小的问题。其技术方案是：在器件的SiN钝化层生长工艺中引入自对准技术、利用薄厚SiN钝化层对沟道的调制作用形成准LDD‑HEMT。该器件自下而上包括：衬底，AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层、SiN钝化层和栅、源、漏电极，其中SiN钝化层包括两层，在完成栅极制作之后，先利用栅极的自对准作用淀积第一层SiN钝化层，然后在栅极与漏极之间靠近漏极区域淀积第二层SiN钝化层形成准LDD结构。本发明专利技术的器件的击穿电压和饱和输出电流高，且制作过程中引入的损伤小。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，用于作为高速器件和高频器件。
技术介绍
GaN材料具有良好的电学特性，如宽的禁带宽度、高击穿电场、高热导率、耐腐蚀、抗辐射等，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料和第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料，是制作高频、高温、高压、大功率电子器件和短波长、大功率光电子器件的理想材料。同时由于极化效应，形成AlGaN/GaN异质结时会在异质结界面上产生高浓度的二维电子气，这些特点决定了AlGaN/GaN HEMT将在微波功率方面有着巨大的应用前景。人们在1991年首次实现了AlGaN/GaN异质结，并在1993年制作出来了世界上第一只AlGaN/GaN HEMT器件，到目前为止，GaN基HEMT器件已得到了很大的发展。2001年Moon等人制造的SiC衬底AlGaN/GaN HEMT获得了10.7W/mm@10GHz和6.6W/mm@20GHz的功率密度。参见文献Moon J.S.,Micovic M.,Janke P.,Hashimoto P.,et al,“GaN/AlGaN HEMTs operating at 20GHz with continuous-wave power density>6W/mm”,Electron.Lett,2001,37(8):528。2007年M.Eizo等制造出了输出功率高达800W@2.9～3.3GHz的AlGaN/GaN HEMT器件，其峰值功率可达912W@2.9GHz。参见文献EizoM,Makoto A.,Arata M.,et al.“An 800-W AlGaN/GaN HEMT for S-band High-Power Application”,CS MANTECH Conference,2007:213。2013年Bouzid-Driad等制造的Si衬底AlGaN/GaN HEMT的截止频率达到206GHz。参见文献S.Bouzid-Driad,et al.,“AlGaN/GaN HEMTs on Silicon Substrate with 206-GHz FMAX”,IEEE Electron Device Letters,2013,34,1,36-38。传统的AlGaN/GaN异质结形成的是耗尽型器件，器件在不加栅压时就处于导通状态，需要在栅极上偏置较大的负电压后，才能将二维电子气耗尽。然而在当今的集成电路设计中，耗尽型器件存在诸多不便。同时，实现增强型器件以消除负偏压的电路设计，使得电路简单化，减少电路的设计复杂程度和制备成本，对于大规模微波射频电路应用来说，意义十分重大。由于GaN中p型掺杂的难度很大，所以国际上主要把注意力放在n型增强型器件的研制上，现有的实现GaN基增强型器件的方案如下：现有方案1Khan等人利用薄势垒结构制备了第一只GaN基增强型器件。器件势垒层厚度为10nm，栅长1μm,栅宽150μm，阈值电压约为0.05V，最大跨导为23mS/mm。参见文献M.Asif Khan,Q.Chen,C.J.Sun,et al.,Enhancement and depletion mode GaN/AlGaN heterostructure field effect transistors,Appl.Phys.Lett.,Vol68,January 1996。这种增强型器件的不足是：势垒层较薄，沟道载流子浓度较低，器件的饱和电流较小。现有方案2Moon和Wong等人采用槽栅刻蚀技术制备增强型器件，器件槽栅长0.2μm，总栅长0.85μm，栅宽为200μm。器件阈值电压刚好为0V，最大跨导为85mS/mm，最大饱和电流为0.1A/mm，截止频率为25GHz。参见文献Jeong S.Moon,Danny Wong,Tahir Hussain,et al.,Submicron Enhancement-mode AlGaN/GaN HEMTs,60th Device Research Conf.,Santa Barbara,CA,USA,2002,pp：23-24。这种增强型器件的不足是：工艺复杂，刻蚀深度不易精准控制，制造出来的器件一致性差，而且效率较低，不易制备大规模集成电路。现有方案32005年蔡勇等人首次采用F等离子体处理的方式实现了增强型AlGaN/GaN HEMT器件，器件的栅长1μm，源栅间距为1μm，栅漏间距为2μm，在栅下区域的AlGaN势垒层中注入F离子。增强型器件的阈值电压为0.9V，最大跨导为148mS/mm，最大输出电流为313mA/mm。参见文献Yong Cai,Yugang Zhou,Kevin J.Chen,et al.,High-Performance Enhancement-Mode AlGaN/GaN HEMTs Using Fluoride-Based Plasma Treatment,IEEE electron device letters,Vol.26,NO.7,July 2005。这种增强型器件的不足是：可靠性差，F等离子体处理时容易引发晶格损伤，F离子在高温高场条件下容易在势垒层中扩散，使得器件工作不稳定。现有方案42007年Uemoto等人采用栅上pn结结构研制GaN基增强型器件，利用pn结的耗尽作用使沟道载流子耗尽，器件阈值电压为1V，最大饱和电流为200mA/mm，最大跨导为70mS/mm。参见文献Y.Uemoto,M.Hikita,H.Ueno,et al.,Gate Injection Transistor(GIT)-A Normally-Off AlGaN/GaN Power Transistor Using Conductivity Modulation,IEEE Trans on Electron Devices,Vol.54,December 2007,pp:3393-3399。这种增强型器件的不足是:栅控能力差，器件的沟道和栅极金属距离较远，减弱了栅极对沟道的控制能力，跨导和饱和输出电流较小。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服上述已有技术的缺点，提出一种薄势垒增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制作方法，以改善器件内部电场的分布情况，提高器件的栅极击穿电压、饱和输出电流和频率特性，提高器件的制作精度，减少制作过程中引入的损伤。为实现上述目的，本专利技术薄势垒增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，自下而上包括：衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层和源、栅、漏电极，电极之间设有SiN钝化层，其特征在于：栅极与漏极之间的SiN钝化层为两层，且第二层SiN钝化层一侧靠近漏极，另一侧与栅极之间的间距R为栅极和漏极间距的10％～50％；第一层SiN钝化层的厚度为1～2nm；AlGaN势垒层的厚度为3～10nm。为实现上述目的，本专利技术制作薄势垒增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的方法，包括如下步骤：1)在衬底上利用金属氧化物化学气相淀积MOCVD或分子束外延MBE生长本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种薄势垒增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，自下而上包括：衬底(1)、AlN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlN插入层(4)、AlGaN势垒层(5)和源、栅、漏电极，电极之间设有SiN钝化层(6)，其特征在于：栅极与漏极之间的SiN钝化层为两层，且第二层SiN钝化层(7)一侧靠近漏极，另一侧与栅极之间的间距R为栅极和漏极间距的10％～50％；第一层SiN钝化层(6)的厚度为1～2nm；AlGaN势垒层(5)的厚度为3～10nm。
【技术特征摘要】
1.一种薄势垒增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，自下而上包括：衬底(1)、AlN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlN插入层(4)、AlGaN势垒层(5)和源、栅、漏电极，电极之间设有SiN钝化层(6)，其特征在于：栅极与漏极之间的SiN钝化层为两层，且第二层SiN钝化层(7)一侧靠近漏极，另一侧与栅极之间的间距R为栅极和漏极间距的10％～50％；第一层SiN钝化层(6)的厚度为1～2nm；AlGaN势垒层(5)的厚度为3～10nm。2.根据权利要求1所述的薄势垒增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，其特征在于：衬底(1)的材料为蓝宝石或SiC。3.根据权利要求1所述的薄势垒增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，其特征在于：GaN钝化层(3)的厚度为1～2μm。4.根据权利要求1所述的薄势垒增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，其特征在于：AlN插入层(4)的厚度为1～2nm。5.根据权利要求1所述的薄势垒增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，其特征在于：AlGaN势垒层(5)的Al组分为20％～50％。6.根据权利要求1所述的薄势垒增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，其特征在于：第二层SiN钝化层(7)的厚度为2～3nm。7.一种薄势垒增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的制作方法，包括：1)在衬底上利用金属氧化物化学气相淀积MOCVD或分子束外延MBE生长厚度为50～100nm的AlN成核层；2)利用金属氧化物化学气相淀积MOCVD或分子束外延MBE在AlN成核层表面
\t外延生长厚度为1～2μm的GaN缓冲层；3)利用金属氧化物化学气相淀积MOCVD或分子束...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹艳荣，何文龙，张亚松，李鹏，戴峰，马晓华，郝跃，郑雪峰，吕玲，习鹤，杨眉，毛维，许晟瑞，
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
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。