一种低热预算和低阻GaN基HEMT及太阳能聚焦退火系统与制备技术方案

本发明专利技术公开了一种低热预算和低阻GaN基HEMT及太阳能聚焦退火系统与制备。低热预算和低阻GaN基HEMT的组成包括衬底、第一AlN插入层、GaN掺碳缓冲层、GaN沟道层、第二AlN插入层、AlGaN势垒层、漏金属电极、源金属电极和栅金属电极。太阳能聚焦退火系统的组成包括密封系统、聚焦系统、温度监控系统、遮光板、晶圆放置平台。本发明专利技术通过太阳能聚焦退火系统制备出低热预算、低阻的欧姆接触电极，所制备的GaN基HEMT具有低电阻、高直流输出特性，且其制作难度低，生产效率高，产品良率高，节能环保。节能环保。节能环保。

【技术实现步骤摘要】
一种低热预算和低阻GaN基HEMT及太阳能聚焦退火系统与制备


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，尤其涉及一种低热预算和低阻GaN基HEMT及其太阳能聚焦退火与制备。

技术介绍

[0002]第三代半导体GaN材料具有髙击穿场强、高电子饱和速度、宽禁带宽度等优点，基于AlGaN/GaN异质结具有高电子迁移率，高密度的2DEG，可以用于制备高开关速度、高功率、低损耗的GaN基功率器件。
[0003]在制备器件的过程中，由于AlGaN势垒层与欧姆接触金属之间存在着较高的势垒高度，导致欧姆接触金属与AlGaN之间存在着较大的电阻。
[0004]传统的GaN基功率器件主要通过采用850℃快速热退火，n
++
GaN重生长，离子注入技术等方法来实现低阻的欧姆接触，然而这些方法还存在诸多问题，传统的快速退火技术存在着金属表面粗糙和外延材料高温热损伤等问题n
++
GaN重生长技术工艺复杂；离子注入价格昂贵，难以应用于商业化生产。
[0005]针对这种情况，学术与产业界提出了一系列改进方案，这些方案绝大部分需要对非掺杂的AlGaN/GaN异质结结构进行重构，引入额外的工艺步骤。
[0006]复杂的工艺流程会增加器件的制备成本，同时可能损伤器件的综合电学性能。
[0007]除此之外，以上这些技术均需要消耗大量的能量才能实现，这些技术难以在低碳经济中脱颖而出。
[0008]太阳能作为地球上最易得、最环保的清洁能源，充分利用太阳能实现半导体产业的发展既可以解决能源短缺的问题，也可以降低碳排放，达到节能的目的。
[0009]然而当前并没有将太阳能应用于工艺制备领域的相关报道，因此设计一种新型的太阳能聚焦装置，并聚焦到欧姆接触电极上，实现低阻、低热预算的欧姆接触。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种低热预算和低阻GaN基HEMT及太阳能聚焦退火系统与制备。
[0011]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0012]一种太阳能聚焦退火系统，包括：密封系统、聚焦系统、温度监控系统、遮光板、晶圆放置平台；
[0013]所述聚焦系统、遮光板、晶圆放置平台位于密封系统内；
[0014]所述聚焦系统位于遮光板上方；
[0015]所述遮光板位于晶圆放置平台上方；
[0016]所述温度监控系统位于聚焦系统内。
[0017]一种低热预算和低阻GaN基HEMT，包括：衬底、第一AlN插入层、GaN掺碳缓冲层、GaN
沟道层、第二AlN插入层、AlGaN势垒层、漏金属电极、源金属电极和栅金属电极；
[0018]所述衬底、第一AlN插入层、GaN掺碳缓冲层、GaN沟道层、第二AlN插入层和AlGaN势垒层依次层叠设置；
[0019]所述漏金属电极和源金属电极设置在步进式AlGaN势垒层远离第二AlN插入层的那一面；
[0020]所述栅金属电极与AlGaN势垒层接触。
[0021]所述第一AlN插入层的厚度为0.1μm～1μm；
[0022]所述GaN掺碳缓冲层的厚度为1μm～3μm；
[0023]所述GaN沟道层的厚度为1μm～3μm；
[0024]所述第二AlN插入层的厚度为1nm～2nm；
[0025]所述AlGaN势垒层的厚度为5nm～50nm(优选10nm
‑
35nm)。
[0026]所述衬底为自蓝宝石衬底、SiC衬底、Si衬底中的一种。
[0027]所述AlGaN势垒层中铝的质量百分含量为10％
‑
40％(10％
‑
35％)。
[0028]所述漏金属电极和源金属电极均是由Ti、Al、Ni和Au四层金属层组成。
[0029]所述栅金属电极由Ni和Au两层金属层组成。
[0030]一种低热预算和低阻GaN基HEMT的制备方法，包括如下步骤：
[0031]步骤一：在衬底上依次外延生长第一AlN插入层、GaN掺碳缓冲层、GaN沟道层、第二AlN插入层和AlGaN势垒层；
[0032]步骤二：进行光刻，暴露出源金属电极和漏金属电极区域，进行蒸镀、剥离，形成源金属电极和漏金属电极；
[0033]步骤三：采用权利要求1所述太阳能聚焦退火系统，对步骤三中形成的源金属电极和漏金属电极，进行退火处理：先将晶圆放置在密封系统中的晶圆放置平台，接着采用聚焦系统将太阳光光斑聚焦到源金属电极和漏金属电极，由温度监控系统检测源金属电极和漏金属电极上的退火温度，待退火完成之后，利用遮光板对光斑进行遮挡，完成退火处理；
[0034]步骤四：进行台面隔离；
[0035]步骤五：进行光刻，暴露出栅金属电极区域，通过蒸镀和剥离，形成栅金属电极，即得到低热预算和低阻GaN基HEMT。
[0036]步骤一所述外延生长，采用有机金属化学气相沉积法(MOCVD)，生长温度为850℃～950℃；
[0037]步骤二所述退火，在600℃～900℃下进行，退火时间为1min～30min；
[0038]步骤四所述退火处理：在氮气气氛或真空环境下升温至600℃～900℃时，将光源对准遮光板下的电极位置，实现退火。
[0039]本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
[0040]本专利技术采用太阳能聚焦退火系统所制备欧姆接触的GaN基HEMT器件的电阻低，输出电流大，且其制作难度低、生产效率高、产品良率高、热预算低，适合进行大规模生产应用。
[0041]与目前的快速退火工艺相比，本专利技术通过利用聚焦太阳能技术来进行退火，具有节能减排的作用，推动半导体产业朝着低热预算方向进行。
[0042]本专利技术通过对欧姆接触电极的选择性退火，避免高温对欧姆接触区域之外的区域
造成损害，成功制备出低阻的欧姆接触。
[0043]本专利技术采用太阳光聚焦方式来实现低热预算和低阻的欧姆接触，有利于提升器件的直流特性。
附图说明
[0044]图1为本专利技术太阳能聚焦退火系统的结构示意图。
[0045]图2为实施例1的低热预算、低阻GaN基HEMT器件的结构示意图。
[0046]图3为实施例1的低热预算、低阻GaN基HEMT器件的TLM模型曲线。
[0047]图4为实施例1的低热预算、低阻GaN基HEMT器件的输出特性曲线。
[0048]图1中附图标记为：聚焦系统1、温度监控系统2、密封系统3、遮光板4、晶圆片5、欧姆接触电极6、晶圆放置平台7。
具体实施方式
[0049]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步具体详细描述。
[0050]一种太阳能聚焦退火系统，包括：密封系统、聚焦系统、温度监控系统、遮光板、晶圆放置平台；
[0051]所述聚焦系统、遮光板、晶圆放置平台位于密封系统内；
[0052]所述聚焦系统位于遮光板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能聚焦退火系统，其特征在于包括：密封系统、聚焦系统、温度监控系统、遮光板、晶圆放置平台；所述聚焦系统、遮光板、晶圆放置平台位于密封系统内；所述聚焦系统位于遮光板上方；所述遮光板位于晶圆放置平台上方；所述温度监控系统位于聚焦系统内。2.一种低热预算和低阻GaN基HEMT，其特征在于包括：衬底、第一AlN插入层、GaN掺碳缓冲层、GaN沟道层、第二AlN插入层、AlGaN势垒层、漏金属电极、源金属电极和栅金属电极；所述衬底、第一AlN插入层、GaN掺碳缓冲层、GaN沟道层、第二AlN插入层和AlGaN势垒层依次层叠设置；所述漏金属电极和源金属电极设置在步进式AlGaN势垒层远离第二AlN插入层的那一面；所述栅金属电极与AlGaN势垒层接触。3.根据权利要求2所述低热预算和低阻GaN基HEMT，其特征在于：所述第一AlN插入层的厚度为0.1μm～1μm；所述GaN掺碳缓冲层的厚度为1μm～3μm；所述GaN沟道层的厚度为1μm～3μm；所述第二AlN插入层的厚度为1nm～2nm；所述AlGaN势垒层的厚度为5nm～50nm。4.根据权利要求2所述低热预算和低阻GaN基HEMT，其特征在于：所述衬底为自蓝宝石衬底、SiC衬底、Si衬底中的一种。5.根据权利要求2所述低热预算和低阻GaN基HEMT，其特征在于：所述AlGaN势垒层中铝的质量百分含量为10％
‑
40％。6.根据权利要求2所述低热预算和低阻GaN基HEMT，其特征在于：所述漏金属电极和源金属电极均是由Ti、Al、Ni和Au四层金属层组成。7.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，吴能滔，邢志恒，罗玲，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：