一种氮化镓HEMT器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氮化镓HEMT器件及其制备方法包括，自下而上依次层叠设置的衬底、成核层、渐变缓冲层和沟道层。源电极和漏电极，均位于沟道层上，沟道层上自下而上依次层叠设置有插入层、势垒层和P

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓HEMT器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于功率半导体器件
，具体涉及一种氮化镓HEMT器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]氮化镓半导体材料具有高禁带宽度，高击穿场强，高电子迁移率，高耐压，耐热性能，用其所制成的HEMT器件由于优异的开关特性和耐压能力非常适合应用于大功率的电力电子领域与微波射频领域。
[0003]对于功率器件来说，改善界面层缺陷、提高欧姆接触的稳定性是氮化镓器件工艺流程的关键节点，欧姆接触电阻的大小对多种器件的性能有着直接的影响，较大的源、漏接触电阻会导致器件输出功率、增益、功率附加效率的退化；额外的损耗也会使器件的沟道温度升高,影响器件的稳定性。
[0004]在常用的源、漏电极淀积金属工艺后，往往需要高温退火来消除由热辐射引起的界面层损伤，然而，高温退火同时也会导致电极材料的分解和再氧化，降低了介电层的可靠性和源、漏电极的耐压能力。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种氮化镓HEMT器件及其制备方法。
[0006]本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0007]本专利技术提供了一种氮化镓HEMT器件包括，自下而上依次层叠设置的衬底、成核层、渐变缓冲层和沟道层。
[0008]源电极和漏电极，均位于所述沟道层上，并分别位于器件的两侧。
[0009]所述沟道层上自下而上依次层叠设置有插入层、势垒层和P
‑
GaN层，所述插入层位于所述源电极和所述漏电极之间。
[0010]第一绝缘介质层，位于所述势垒层和所述P
‑
GaN层上，第二绝缘介质层，位于所述第一绝缘介质层上。
[0011]所述第一绝缘介质层和所述第二绝缘介质层中设置有T形凹槽，栅电极位于在所述T形凹槽中，所述栅电极的底部与所述P
‑
GaN层接触，形成肖特基接触，所述栅电极的上表面位于所述第一绝缘介质层的上方。
[0012]所述源电极和所述漏电极分别与所述势垒层形成欧姆接触。
[0013]其中，所述源电极和所述漏电极均采用电子束蒸发工艺淀积金属，在淀积金属的前后对所述源电极和漏电极两侧的欧姆接触位置使用低温超临界流体工艺进行界面处理。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述衬底为硅衬底、蓝宝石衬底或氮化镓衬底。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述成核层包括第一成核层和第二成核层。
[0016]其中，所述第一成核层位于所述衬底上，所述第二成核层位于所述第一成核层上。
所述第一成核层和所述第二成核层均采用AlN材料。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述渐变缓冲层包括层叠排列的三层AlGaN缓冲层。
[0018]其中，所述的三层AlGaN缓冲层中，从下而上Al组分依次为23％、52％和73％。所述的三层AlGaN缓冲层从下而上厚度依次为200nm、300nm和700nm。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，其中，所述沟道层为GaN沟道层，所述插入层为AlN插入层。所述势垒层为AlGaN势垒层，其Al组分为20％。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，所述P
‑
GaN层采用Mg+离子注入GaN材料，形成P型GaN结构。
[0021]其中，所述P
‑
GaN层中Mg+离子的掺杂浓度数量极大于109cm
‑3。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，所述第一绝缘介质层为HfO2介质层，所述第二绝缘介质层为SiO2介质层。
[0023]在本专利技术还提供了一种氮化镓HEMT器件的制备方法，该方法适用于上述任一项实施例所述的氮化镓HEMT器件，包括，
[0024]S1：在衬底上制备外延片，包括依次层叠制备成核层、渐变缓冲层、沟道层、插入层、势垒层和P
‑
GaN层。
[0025]S2：刻蚀P
‑
GaN层，在所述势垒层和所述P
‑
GaN层上制备第一绝缘介质层。
[0026]S3：刻蚀所述第一绝缘介质层形成T形凹槽，所述栅极凹槽位于所述P
‑
GaN层上，在所述T形凹槽内沉积金属形成栅电极。
[0027]S4：在所述第一绝缘介质层上制备第二绝缘介质层。
[0028]S5：刻蚀所述第二绝缘介质层、所述第一绝缘介质层、所述势垒层和所述插入层形成源漏电极接触区。
[0029]S6：在淀积金属前使用低温超临界流体对源漏电极接触区进行处理，在处理后的区域淀积金属，形成源电极和漏电极。
[0030]S7：采用超临界流体技术对所述源电极和所述漏电极进行二次处理，最后进行800℃快速热退火。
[0031]在本专利技术的一个实施例中，所述超临界流体为二氧化碳超临界流体或一氧化二氮超临界流体。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0033]本专利技术的氮化镓HEMT器件及其制作方法，采用超临界流体进行界面处理的低温工艺。超临界流体是物质的一种特殊相，具有气体的高渗透能力和液体的高溶解度，用于提高氮化镓HEMT的界面层质量，弥补界面层缺陷。同时使用低温退火技术，提高了欧姆接触的稳定性，提高了漏电极的耐压能力，为制备高性能氮化镓HEMT器件提供了有效方法。
[0034]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
[0035]图1是本专利技术实施例提供的用于制备氮化镓HEMT器件的外延片的结构示意图；
[0036]图2是本专利技术实施例提供的一种氮化镓HEMT器件的结构示意图；
[0037]图3(a)
‑
图3(f)是本专利技术实施例提供用于制备氮化镓HEMT器件的外延片的制备流程图；
[0038]图4(a)
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图4(f)是本专利技术实施例提供的氮化镓HEMT器件的制备流程图。
具体实施方式
[0039]为了进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本专利技术提出的一种氮化镓HEMT器件及其制备方法进行详细说明。
[0040]有关本专利技术的前述及其他
技术实现思路
、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本专利技术为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本专利技术的技术方案加以限制。
[0041]实施例一
[0042]请参见图1，图1是本专利技术实施例提供的用于制备氮化镓HEMT器件的外延片的结构示意图。
[0043]如图所示，本实施例的用于制备氮化镓HEMT器件的外延片，包括：衬底1、成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓HEMT器件，其特征在于，包括，自下而上依次层叠设置的衬底、成核层、渐变缓冲层和沟道层；源电极和漏电极，均位于所述沟道层上，并分别位于器件的两侧；所述沟道层上自下而上依次层叠设置有插入层、势垒层和P
‑
GaN层，所述插入层位于所述源电极和所述漏电极之间；第一绝缘介质层，位于所述势垒层和所述P
‑
GaN层上；第二绝缘介质层，位于所述第一绝缘介质层上；所述第一绝缘介质层和所述第二绝缘介质层中设置有T形凹槽，栅电极位于在所述T形凹槽中，所述栅电极的底部与所述P
‑
GaN层接触，形成肖特基接触，所述栅电极的上表面位于所述第一绝缘介质层的上方；所述源电极和所述漏电极分别与所述势垒层形成欧姆接触；其中，所述源电极和所述漏电极均采用电子束蒸发工艺淀积金属，在淀积金属的前后对所述源电极和漏电极两侧的欧姆接触位置使用低温超临界流体工艺进行界面处理。2.根据权利要求1所述的氮化镓HEMT器件，其特征在于，所述衬底为硅衬底、蓝宝石衬底或氮化镓衬底。3.根据权利要求1所述的氮化镓HEMT器件，其特征在于，所述成核层包括第一成核层和第二成核层；其中，所述第一成核层位于所述衬底上，所述第二成核层位于所述第一成核层上；所述第一成核层和所述第二成核层均采用AlN材料。4.根据权利要求1所述的氮化镓HEMT器件，其特征在于，所述渐变缓冲层包括层叠排列的三层AlGaN缓冲层；其中，所述的三层AlGaN缓冲层中，从下而上Al组分依次为23％、52％和73％；所述的三层AlGaN缓冲层从下而上厚度依次为200nm、300nm和700nm。5.根据权利要求1所述的氮化镓HEMT器件，其特征在于，其中，所述沟道层为GaN沟道层...

【专利技术属性】
技术研发人员：江希，姜涛，袁嵩，张世杰，严兆恒，何艳静，弓小武，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：