带压电介质层的GaNHEMT器件制造技术

本发明专利技术的内容为提供带压电介质层的GaN HEMT器件的结构及制备方法。以压电介质层的压电效应为原理实现电能和机械能的转换，通过在栅电极施加电压调控器件应力影响AlGaN/GaN异质结沟道二维电子气浓度，从而影响器件的导通电流。本文通过在传统GaN HEMT器件结构的基础上，通过压电材料替换传统的栅介质层，发明专利技术了一种全新的带压电介质层的GaN HMET器件结构。HMET器件结构。HMET器件结构。

【技术实现步骤摘要】
带压电介质层的GaN HEMT器件


[0001]本专利技术涉及电子元器件制造
，具体涉及一种带压电介质层的GaN HEMT(氮化镓高电子迁移率晶体管)器件结构。

技术介绍

[0002]作为第三代宽禁带半导体氮化镓具有硅材料无法比拟的许多性能优势，包括宽禁带，高耐压，高电子饱和速度，高临界击穿电场等。目前，氮化镓主要应用LED(发光二极管)和射频领域，在功率器件方面起步较晚但是也发展迅速。
[0003]在功率器件方面，大部分的GaN器件主要做成异质结横向结构GaN HEMT(高电子迁移率功率晶体管)结构，同时在栅下添加栅介质层，提高界面质量，降低栅极漏电流，提高器件性能。目前市面上主流的栅介质层主要包括Al2O3、Si3N4、SiO2或HfO2中的任意一种或多种的组合等。
[0004]压电材料包括压电单晶、压电陶瓷、压电半导体或有机高分子压电材料等，由于压电效应其压电效应实现电能与机械能的转换，同时具有价格低廉，生长工艺简便的优点，作为栅介质层具有巨大的潜力。
[0005]本文通过在传统GaN HEMT器件结构的基础上，通过压电材料替换传统的栅介质层，专利技术了一种全新的带压电介质层的GaN HMET器件结构。

技术实现思路

[0006]本专利技术的内容为设计一种带压电介质层的GaN HMET器件。通过压电介质的控制电压调节压电介质的应力以影响二维电子气的浓度，从而调节了器件的电阻或电导。
[0007]压电介质层原理：压电材料存在压电效应，包括正压电效应和逆压电效应。在压电材料上施加应力，发生与应力成比例的介质极化，产生极化电荷，称之为正压电效应。反之，在压电材料上施加大电场时，产生与极化电荷成比例的应力，称之为逆压电效应。在压介质上加上电压，从而改变介质层的应力，影响了二维电子气的浓度，从而调节了器件的性能。
[0008]为了实现上述一种带压电介质层的GaN HEMT器件目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]1)衬底上外延生长GaN/AlGaN材料，通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)制作所需的GaN外延片，外延片的制作为现有技术中常规的半导体工艺，不作为本专利技术中的改进，在此不进行详细描述。其中，外延片衬底包括但不限于Si衬底、GaN自衬底、蓝宝石衬底、GaAs衬底、SiC衬底等，衬底厚度500nm，GaN缓冲层厚度1～2μm，AlGaN势垒层厚度20～30nm，如图3(a)；
[0010]2)有机无机清洗，将GaN外延片进行有机无机清洗，将样品浸泡在比例为HCl：H2O＝1：1的溶液中浸泡1～2min，用流动的去离子水清洗1min，并用氮气枪吹干，完成衬底清洗；
[0011]3)台面隔离，将清洗好的样品进行对准标记制作及有源区台面隔离，对样品甩光
刻胶，之后在热板进行前烘3～5min，通过光刻机进行紫外曝光接着根据光刻胶选取显影液显影形成腐蚀窗口及对准标记，通过反应离子刻蚀(RIE)或电感耦合等离子体刻蚀(ICP)器件有源区形成台面隔离，刻蚀深度150nm，如图3(b)；
[0012]4)欧姆接触源、漏极沉积，将台面隔离后的器件进行匀胶、光刻、显影形成源、漏极窗口，之后采用电子束蒸镀完成欧姆接触源、漏极多层金属层淀积，多层金属层包括Ti/Al/Ni/Au，厚度分别为20/50/40/50nm，然后进行快速热退火(RTA)形成源、漏欧姆接触，其中，RTA条件为850℃，30s，如图3(c)；
[0013]5)压电介质层沉积，将压电材料粘附在欧姆接触源、漏极之间形成压电介质层，压电介质层厚度20
‑
30nm，根据不同的压电材料选用不同的黏附条件，压电介质层包括但不限于压电单晶、压电陶瓷、压电半导体或有机高分子压电材料等，如图3(d)；
[0014]6)栅电极沉积，对样品旋涂光刻胶，经过一系列曝光、显影形成栅槽窗口，采用电子束蒸发或磁控溅射淀积栅极多层金属，多层金属包括Ni/Au，厚度分别为20nm和50nm，再使用丙酮将光刻胶剥离，之后采用氮原位等离子处理技术，在N2气氛中，30s形成栅极，完成器件制作，如图3(e)。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016]1.通过栅极加电压控制压电介质层，调节压电介质的应力以影响二维电子气的浓度，从而调节了器件的电阻或电导，优化了器件性能。
[0017]2.加工工艺简单化，通过增加低成本压电材料替代原来的栅介质层降低了材料费用，同时工艺制作简单，易于实现，有利于工业产业化应用。
附图说明
[0018]图1是带压电介质层的GaN HMET器件制作流程图；
[0019]图2是带压电介质层的GaN HMET器件结构图；
[0020]图3(a
‑
e)是带压电介质层的GaN HMET器件制作流程结构图。
[0021]其中，衬底(1)；GaN缓冲层(2)；AlGaN势垒层(3)；欧姆接触源极(4)；欧姆接触漏极(5)；压电介质栅层(6)；栅电极(7)。
具体实施方式
[0022]下面结合附图与实施例对本专利技术的技术方案进行说明。
[0023]实施例1，见图3(a)～(e)：
[0024]本专利技术提供一种带压电介质层的GaN HMET器件结构，其由如下步骤制备而成：
[0025]1)衬底上外延生长GaN/AlGaN材料，通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)制作所需的GaN外延片，外延片的制作为现有技术中常规的半导体工艺，不作为本专利技术中的改进，在此不进行详细描述。其中，外延片衬底包括但不限于Si衬底、GaN自衬底、蓝宝石衬底、GaAs衬底、SiC衬底等，衬底厚度500nm，GaN缓冲层厚度1～2μm，AlGaN势垒层厚度20～30nm，如图3(a)；
[0026]2)有机无机清洗，将GaN外延片进行有机无机清洗，将样品浸泡在比例为HCl：H2O＝1：1的溶液中浸泡1～2min，用流动的去离子水清洗1min，并用氮气枪吹干，完成衬底清洗；
[0027]3)台面隔离，将清洗好的样品进行对准标记制作及有源区台面隔离，对样品甩光刻胶，之后在热板进行前烘3～5min，通过光刻机进行紫外曝光接着根据光刻胶选取显影液显影形成腐蚀窗口及对准标记，通过反应离子刻蚀(RIE)或电感耦合等离子体刻蚀(ICP)器件有源区形成台面隔离，刻蚀深度150nm，如图3(b)；
[0028]4)欧姆接触源、漏极沉积，将台面隔离后的器件进行匀胶、光刻、显影形成源、漏极窗口，之后采用电子束蒸镀完成欧姆接触源、漏极多层金属层淀积，多层金属层包括Ti/Al/Ni/Au，厚度分别为20/50/40/50nm，然后进行快速热退火(RTA)形成源、漏欧姆接触，其中，RTA条件为850℃，30s，如图3(c)；
[0029]5)压电介质层沉积，将压电材料粘附在欧姆接触源、漏极之间形成压电介质层，压电介质层厚度20
‑
30nm，根据不同的压电材料选用不同的黏附条件，压电介质层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带压电介质层的GaN HMET器件，其特征为：衬底(1)；GaN缓冲层(2)；AlGaN势垒层(3)；欧姆接触源极(4)；欧姆接触漏极(5)；压电介质栅层(6)；栅电极(7)。2.根据权利要求1所述的一种带压电介质层的GaN HMET结构，其特征为：所述衬底(1)表面外延GaN缓冲层(2)，所述GaN缓冲层(2)上生长AlGaN势垒层(3)。3.根据权利要求2所述的一种带压电介质层的GaN HMET结构，其特征为：所述衬底(1)厚度在500μm左右，所述GaN缓冲层(2)厚度在1～3μm左右，所述AlGaN势垒层(3)厚度在10～30nm左右。4.根据权利要求3所述的一种带压电介质层的GaN HMET结构，其特征为：在所述AlGaN势垒层(3)上沉积欧姆接触源极(4)和欧姆接触漏极(5)。5.根据权利要求4所述的一种带压电介质层的GaN HMET结构，其特征为：所述欧姆接触源...

【专利技术属性】
技术研发人员：周炳，翁加付，施宁萍，毛建达，
申请(专利权)人：宁波海特创电控有限公司，
类型：发明
国别省市：