NPN型肖特基集电区AlGaN/GaN HBT器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了NPN型肖特基集电区AlGaN/GaN HBT器件及制备方法，从下往上依次包括：衬底、埋氧层、集电区、基区以及发射区，所述集电区包括下层的N型单晶硅层以及上层的TiSi

NPN type Schottky collector AlGaN / GaN HBT device and its preparation

【技术实现步骤摘要】
NPN型肖特基集电区AlGaN/GaNHBT器件及其制备方法
本专利技术属于半导体
，具体涉及NPN型肖特基集电区AlGaN/GaNHBT器件及其制备方法。
技术介绍
以硅(Si)和砷化镓(GaAs)为代表的传统半导体材料，其器件在抗辐射、高温、高压和高功率的要求下已逐渐不能满足现代电子技术的发展。宽禁带半导体GaN电子器件，可以应用在高温、高压、高频和恶劣的环境中，如雷达和无线通信的基站及卫星通信。由于GaN的禁带宽度大、击穿电压高、电子饱和漂移速度高，具有优良的电学和光学特性以及良好的化学稳定性，使其在高频大功率、高温电子器件等方面倍受青睐。GaN异质结双极晶体管(HBT)具有高的电流增益。目前，据报道用于大功率通信和雷达的功率放大器的AlGaN/GaNNPN型HBT器件，其高温工作的温度可达到300℃，从而得到了国防、通信领域的广泛重视。随着GaN器件技术的日渐成熟，越来越多的通信系统设备中会更多的使用GaNHBT，使系统的工作能力与可靠性都得到最大限度的提升：在军事方面，美国雷声公司正在研发基于GaNHBT的收发组件，以用于未来的军事雷达升级；在民用方面，GaNHBT对高频率和大功率的处理能力对于发展高级通信网络中的放大器和调制器以及其它关键器件都很重要。然而现有技术中的GaNHBT器件，一方面受限于以蓝宝石和碳化硅(SiC)作为衬底的异质外延技术生长出的GaN单晶的位错密度较高，性能还不太令人满意，GaNHBT的直流电流增益仍比较小，工艺过程并不十分稳定；另一方面现有的HBT器件要进一步提高开关性能，需要在原有的基础上引入额外的工艺流程，不仅工艺流程变得更加复杂，生产成本也会随之上升，生产效率降低。
技术实现思路
针对现有技术中所存在的不足，本专利技术公开了一种接触界面特性好、可提高器件开关速度和截止频率、工艺简单、兼容现有硅基工艺的NPN型肖特基集电区AlGaN/GaNHBT器件及其制备方法。本专利技术的一个方面，NPN型肖特基集电区AlGaN/GaNHBT器件，从下往上依次包括：衬底、埋氧层、集电区、基区以及发射区，所述集电区包括下层的N型单晶硅层以及上层的金属硅化物层，所述基区包括P型GaN层，所述发射区包括N型AlGaN层以及位于其上的N型GaN帽层；所述N型单晶硅层上设有集电极，所述基区设有基极，所述GaN帽层上设有发射极；所述金属硅化物层中的金属硅化物是TiSi2、CoSi2、MoSi2中的其中一种。进一步地，所述P型GaN层与所述金属硅化物层之间设有第一本征GaN阻挡层，所述P型GaN层与所述N型AlGaN层之间设有第二本征GaN阻挡层，所述基极设置在所述第二本征GaN阻挡层上。特别地，所述第一本征GaN阻挡层和第二本征GaN阻挡层的厚度为5～10nm。进一步地，所述N型AlGaN层包括N型掺杂AlxGa1-xN层以及位于其上的N型掺杂AlrGa1-rN组分渐变层，在所述N型掺杂AlrGa1-rN组分渐变层中自下而上Al的摩尔组分r的大小从x渐变至0。特别地，所述N型掺杂AlxGa1-xN层的厚度为100nm；所述N型掺杂AlrGa1-rN组分渐变层的厚度为150nm。本专利技术的另一方面，NPN型肖特基集电区AlGaN/GaNHBT器件制备方法，包括如下步骤：S1：准备SOI衬底，其顶层为N型单晶硅层；对所述N型单晶硅层表面进行清洗和化学机械抛光处理；S2：淀积生长一层金属Ti或Co或Mo，然后进行快速热退火处理，使金属Ti或Co或Mo与其下的N型单晶硅层表面氧化为TiSi2或CoSi2或MoSi2，形成金属硅化物层以作为集电区；S3：在金属硅化物层上生长第一本征GaN阻挡层；在所述第一本征GaN阻挡层上生长P型GaN层；在所述P型GaN层上生长第二本征GaN阻挡层；S4：在所述第二本征GaN阻挡层上生长N型AlGaN层；S5：继续生长一层N型GaN帽层；S6：制备发射极、基极和集电极。进一步地，所述步骤S4中生长N型AlGaN层的方法包括：先利用MOCVD生长一层N型掺杂AlxGa1-xN层，再在所述N型掺杂AlxGa1-xN层上生长一层N型掺杂AlrGa1-rN组分渐变层；所述N型掺杂AlrGa1-rN组分渐变层中自下而上Al的摩尔组分r的大小从x渐变至0。特别地，所述Al的摩尔组分r的大小从x渐变至0中的渐变方式是线性渐变或指数渐变。相比于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、通过在单晶硅材料之上生长一层极薄的界面形貌和界面态良好的金属硅化物，与单晶硅形成硅/金属硅化物的肖特基接触，既保证了优良的接触界面特性，又可以提高器件开关速度和截止频率，同时制备工艺相对简单，可与常规的硅基工艺相兼容，生产效率高；2、通过在AlGaN/GaNHBT器件制备中引入SOI衬底技术，进一步起到减小寄生电容效应、降低器件功耗、避免闩锁效应等作用，可提升器件的整体性能，便于与目前的小尺寸低功耗SOICMOS器件进行工艺集成；3、通过在P型GaN层两侧制备第一、第二本征GaN阻挡层，能够有效抑制P型重掺杂GaN基区中掺杂原子向发射区以及集电区扩散所带来的负面效果，抑制寄生势垒效应；4、通过采用包括组分渐变的多层发射区结构，在AlGaN/GaN发射结正向偏置条件下，使发射区的渐变AlxGa1-xN层内引入加速反向注入的少子输运的电场，进一步提高发射区的时间常数，可有效提高器件的频率特性。附图说明图1为本专利技术中NPN型肖特基集电区AlGaN/GaNHBT器件的结构示意图；图2为本专利技术中N型掺杂AlrGa1-rN组分渐变层的渐变示意图；图3为本专利技术中NPN型肖特基集电区AlGaN/GaNHBT器件制备方法步骤S1之后的器件结构示意图；图4为本专利技术中NPN型肖特基集电区AlGaN/GaNHBT器件制备方法步骤S2之后的器件结构示意图；图5为本专利技术中NPN型肖特基集电区AlGaN/GaNHBT器件制备方法步骤S3之后的器件结构示意图；图6为本专利技术中NPN型肖特基集电区AlGaN/GaNHBT器件制备方法步骤S5之后的器件结构示意图。其中，1衬底，2埋氧层，3集电区，31N型单晶硅层，32金属硅化物层，33集电极，4基区，41P型GaN层，42基极，43第一本征GaN阻挡层，44第二本征GaN阻挡层，5发射区，51N型GaN帽层，52发射极，53N型掺杂AlxGa1-xN层，54N型掺杂AlrGa1-rN组分渐变层。具体实施方式为了使专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。可以理解，本文中采用的如“上”、“下”之类的方位用语并非特指某个具体方位，不构成对方案本身的限定，而仅仅是根据具体说明书附图图示采取的便于理解的描述方式。本专利技术的一个方面，NPN型肖特基集电区AlGaN/GaNHBT器件，如图1所示，从下往上依次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.NPN型肖特基集电区AlGaN/GaN HBT器件，其特征在于，从下往上依次包括：衬底、埋氧层、集电区、基区以及发射区，所述集电区包括下层的N型单晶硅层以及上层的金属硅化物层，所述基区包括P型GaN层，所述发射区包括N型AlGaN层以及位于其上的N型GaN帽层；所述N型单晶硅层上设有集电极，所述基区设有基极，所述GaN帽层上设有发射极；所述金属硅化物层中的金属硅化物是TiSi

【技术特征摘要】
1.NPN型肖特基集电区AlGaN/GaNHBT器件，其特征在于，从下往上依次包括：衬底、埋氧层、集电区、基区以及发射区，所述集电区包括下层的N型单晶硅层以及上层的金属硅化物层，所述基区包括P型GaN层，所述发射区包括N型AlGaN层以及位于其上的N型GaN帽层；所述N型单晶硅层上设有集电极，所述基区设有基极，所述GaN帽层上设有发射极；所述金属硅化物层中的金属硅化物是TiSi2、CoSi2、MoSi2中的其中一种。


2.根据权利要求所述的NPN型肖特基集电区AlGaN/GaNHBT器件，其特征在于：
所述P型GaN层与所述金属硅化物层之间设有第一本征GaN阻挡层，所述P型GaN层与所述N型AlGaN层之间设有第二本征GaN阻挡层，所述基极设置在所述第二本征GaN阻挡层上。


3.根据权利要求2所述的NPN型肖特基集电区AlGaN/GaNHBT器件，其特征在于：
所述第一本征GaN阻挡层和第二本征GaN阻挡层的厚度为5～10nm。


4.根据权利要求1-3任一项所述的NPN型肖特基集电区AlGaN/GaNHBT器件，其特征在于：
所述N型AlGaN层包括N型掺杂AlxGa1-xN层以及位于其上的N型掺杂AlrGa1-rN组分渐变层，在所述N型掺杂AlrGa1-rN组分渐变层中自下而上Al的摩尔组分r的大小从x渐变至0。


5.根据权利要求4所述的NPN型肖特基集电区AlGaN/GaNHBT器件，其特征在于：
所述N型掺杂AlxGa1-xN层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李迈克，
申请(专利权)人：中证博芯重庆半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50