一种具有自适应低电阻率欧姆接触的GaNHEMT器件制造技术

本发明专利技术提出了一种具有自适应低电阻率欧姆接触的GaN HEMT器件，包括：采用干法刻蚀形成由多个平面构成的阶梯结构；在欧姆电极区域生长欧姆接触金属并将所形成的阶梯结构完全覆盖；通过快速热退火处理生成低阻导电通道进而形成欧姆接触。所制备欧姆接触的性能主要由接触电阻最小的平面决定。因此，本发明专利技术提出的欧姆接触制备方法具有对外延结构不同位置处以及反应条件无法精确控制的自适应性，可以使所制备的GaN HEMT欧姆接触具有较高的一致性和较低的电阻率。和较低的电阻率。和较低的电阻率。

【技术实现步骤摘要】
一种具有自适应低电阻率欧姆接触的GaN HEMT器件


[0001]本专利技术属于化合物半导体制造
，具体的说涉及一种具有自适应低电阻率欧姆接触的GaN HEMT器件。

技术介绍

[0002]GaN HEMT因其具有高电子迁移率、高临界击穿电场强度、高电子饱和速度等优良特性而成为了大功率和高频率电子应用的优良解决方案。欧姆接触在GaN HEMT的制备工艺中十分重要，其性能直接影响器件的导通电阻、击穿电压和输出功率等关键指标。业界在GaN HEMT欧姆接触的制备上主要采用的方法是金属合金反应法，即：采用电子束蒸发法或磁控溅射法淀积欧姆接触金属，并在氮气氛围下经过830～890摄氏度的高温退火约35秒以形成欧姆接触。在这一过程中，欧姆接触金属可与GaN或AlGaN发生反应并在半导体一侧形成一层低阻的氮化物导电通道。这样的低阻导电通道通过增强电子的隧穿效应从而达到降低欧姆接触电阻率的目的，其厚度与高温退火的条件密切相关且直接决定了所制备欧姆接触的性能。然而，过于薄的通道会使得电子的隧穿效应减弱从而增大欧姆接触的电阻率。同时，过于厚的通道会使其与异质结沟道的有效接触面积减小(如通道底部平面低于AlN插入层和(Al)GaN缓冲层界面的情况)，同样也会使欧姆接触的电阻率增大。对于同一GaN HEMT外延结构的不同位置，制备良好的欧姆接触所需的最优低阻导电通道的厚度不同。除此之外，在反应条件相同时，不同位置处的低阻通道的厚度也可能不同。这些不确定因素使同一GaN HEMT外延结构上制备的欧姆接触性能会相差较大，即欧姆接触的一致性较差。同时，退火时的高温和时间条件无法相对精确地控制。反应条件的略微波动也会对金属合金反应生成的低阻通道的厚度产生较大的影响，这会使低阻导电通道的厚度无法精确控制在最优值，即增大欧姆接触的电阻率。因此，利用现有技术制备的GaN HEMT外延结构上欧姆接触的一致性较差且电阻率较高，这会对所制备的GaN HEMT的整体性能造成较大的影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的，就是针对上述问题，提出一种具有自适应低电阻率欧姆接触的GaN HEMT器件，使所制备的GaN HEMT欧姆接触兼具较高的一致性和较低的电阻率。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种具有自适应低电阻率欧姆接触的GaN HEMT器件，包括从下至上依次层叠设置的衬底层、AlN成核层、(Al)GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN帽层，在器件表面中部与两端之间分别具有两个对称的欧姆接触区域，欧姆接触区域为沿器件垂直方向贯穿GaN帽层并延伸到AlGaN势垒层中的凹槽结构，并且凹槽结构的底部到GaN帽层的边是阶梯结构，其中与GaN帽层齐平的欧姆接触区域定义为第一平面，则沿阶梯结构到凹槽结构的底部，每一层阶梯依次定义为第二平面、第三平面、
……
、第n平面，其中第n平面为凹槽结构的底面；采用电子束蒸发法或磁控溅射法在欧姆接触区域生长欧姆接触金属，并将所形成的阶梯结构完全覆盖，再通过快速热退火处理在阶梯结构中的每一个平面处通过高温合金反
应生成低阻的导电通道，进而形成欧姆接触。
[0006]进一步的，所述阶梯结构俯视图的形状具体为多边形或圆形。
[0007]进一步的，阶梯结构的数量是单个或者阵列。
[0008]进一步的，阶梯结构的排列方式是纵向排布、横向排布、纵向排布和横向排布的组合中的一种。
[0009]区别于现有技术的情况，本专利技术的有益效果是：
[0010]本专利技术采用的GaN HEMT欧姆接触的制备方法是：先在欧姆接触区域刻蚀形成由平面1、平面2、平面3
……
平面n(n大于等于3)构成的阶梯结构，接着在欧姆接触区域生长欧姆接触金属并通过快速热退火激活欧姆接触，进而完成GaN HEMT外延结构上欧姆接触制备。采用常规的金属合金反应法制备的GaN HEMT欧姆接触无多个平面构成的阶梯结构。受到同一GaN HEMT外延结构的不同位置以及高温反应条件无法精确控制等诸多不确定因素的影响，采用常规方法退火形成的低阻导电通道的厚度无法精确控制在最优值，这会造成制备的GaN HEMT欧姆接触一致性较差且接触电阻率较高。采用本专利技术的方法制备的GaN HEMT欧姆接触，由于具有由平面1、平面2、平面3
……
平面n(n大于等于3)构成的阶梯结构，因而在金属合金反应后会形成多个的位于不同平面的低阻导电通道。这些低阻导电通道与AlN插入层和(Al)GaN缓冲层界面的距离不同，因此对应的接触电阻也不同。由此，欧姆接触电阻可等效为多个不同平面接触电阻的并联。根据并联电阻电路的分流原理，接触电阻最小的平面流经的电流最大。这样，所制备欧姆接触的整体性能就主要由其中接触电阻最小的平面所决定，即由更接近该位置低阻通道厚度最优值的平面所决定。因此，由平面1、平面2、平面3
……
平面n(n大于等于3)构成的阶梯结构具备对外延结构不同位置和高温退火条件的容错能力。这使得在同一GaN HEMT外延结构不同位置处以及反应条件无法精确控制时所制备的欧姆接触性能相差较小且接触电阻率维持在较低的水平，即具有自适应性。综上，采用本专利技术的方法制备的欧姆接触一致性较高且电阻率较低，制作方法简单且与现有工艺相兼容，具有良好的产业化应用前景。
附图说明
[0011]图1所示为本专利技术实施例中一种具有由平面1、平面2、平面3
……
平面n(n大于等于3)构成的阶梯结构的GaN HEMT外延结构的示意图；
[0012]图2所示为阶梯结构的纵向排布和横向排布的示意图；
[0013]图3所示为生长欧姆金属后的结构示意图；
[0014]图4所示为快速热退火处理形成欧姆接触后的结构示意图；
[0015]图5所示为所制备欧姆接触的等效电路示意图。
具体实施方式
[0016]下面结合附图，详细描述本专利技术实施例的技术方案。应当理解，所描述的实施例仅是本专利技术的所有实施例中的一部分。对于基于本专利技术中的实施例所提出的改进方案，在没有创新的前提下均属于本专利技术保护的范围。
[0017]本专利技术实施例提供的一种具有自适应低电阻率欧姆接触的GaN HEMT器件，包括由下至上依次排布衬底层、AlN成核层、(Al)GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层以及GaN帽层
的GaN HEMT外延结构上，在所述GaN HEMT外延结构上的欧姆接触区域内采用多次干法刻蚀形成由平面1、平面2、平面3
……
平面n(n大于等于3)构成的阶梯结构。具有由平面1、平面2、平面3
……
平面n(n大于等于3)构成的阶梯结构的GaN HEMT外延结构的示意图如图1所示。
[0018]阶梯结构俯视图的形状具体为多边形或圆形，数量既可以是单个也可以是阵列，且最底部的平面位于AlN插入层和(Al)GaN缓冲层界面的上方。阶梯结构的排列方式可以是纵向排布，可以是横向排布，也本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有自适应低电阻率欧姆接触的GaN HEMT器件，包括从下至上依次层叠设置的衬底层、AlN成核层、(Al)GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN帽层，其特征在于，在器件表面中部与两端之间分别具有两个对称的欧姆接触区域，欧姆接触区域为沿器件垂直方向贯穿GaN帽层并延伸到AlGaN势垒层中的凹槽结构，并且凹槽结构的底部到GaN帽层的边是阶梯结构，其中与GaN帽层齐平的欧姆接触区域定义为第一平面，则沿阶梯结构到凹槽结构的底部，每一层阶梯依次定义为第二平面、第三平面、
……
、第n平面，其中第n平面为凹槽结构的底面；采用电子束蒸发法或磁控溅射法在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈万军，罗攀，王方洲，王茁成，孙瑞泽，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：