具有垂直AlGaN/GaN结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有垂直AlGaN/GaN结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：1、外延材料生长；2、垂直结构实现；3、漏电极制作；4、源电极制作；5、欧姆金属退火；6、栅电极制作；7、完成互联引线的制作。其能够解决目前常规GaN基高电子迁移率晶体管器件阈值电压小于0且耐压能力差的问题。件阈值电压小于0且耐压能力差的问题。件阈值电压小于0且耐压能力差的问题。

【技术实现步骤摘要】
具有垂直AlGaN/GaN结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术属于微电子器件
，涉及一种高电子迁移率晶体管及其制备方法，尤其是一种具有垂直AlGaN/GaN结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]GaN材料因其具备禁带宽度大，临界击穿电场高，热导率高等特点，因此，在制备高压、高温、大功率和高密度集成的电子器件方面具有独特的优势。GaN材料可以与AlGaN、InAlN等材料形成异质结结构。由于AlGaN或InAlN等势垒层材料存在自发极化和压电极化效应，因此会在异质结界面处形成高浓度和高迁移率的二维电子气(2DEG)。这种特性不仅可以提高GaN基器件的载流子迁移率和工作频率，使得器件的饱和电流得到大幅度提升，极大地增加器件的功率，还可以减小器件的导通电阻和开关延迟。
[0003]GaN基HEMT(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)器件由于其具备击穿特性高、开关速度快、导通电阻小等特点，在电源管理、风力发电、太阳能电池、电动汽车等电力电子领域有着广泛的应用前景。与传统MOS器件相比，GaN基HEMT器件具有更快的开关速度并承受更高的反向电压，而且可以提高效率，减小损耗，节约能源，在600V
‑
1200V器件范围内有着巨大的市场应用前景。而且，GaN材料存在互相垂直的极性面和非极性面之分，通过合理的规划材料结构可以使得器件在极性面的材料结构方向上产生2DEG，而与其垂直的非极性面材料结构方向上不产生2DEG。
[0004]但是，目前GaN基HENT器件存在以下几个缺点：1、由于材料自身的极化特性，在异质结界面存在高浓度的二维电子气，使得在零栅极偏压下器件处于导通状态，即为耗尽型器件(常开)，使得电路设计要比增强型(常关)复杂的多，即增加电路设计的难度与成本。2、从安全角度考虑，特别是应用于高压领域的器件，要求器件在未加电压的时候处于关断状态，避免因为器件的意外导通而烧毁整个电路，甚至造成难以预估的危险。3、对应用在高压环境中的器件，要求其最大所能承受的电压应高于本身工作电压2倍甚至3倍，这样才可以保证器件在复杂的应用环境中稳定高效的工作。
[0005]鉴于现有技术的上述技术缺陷，需要提供一种新型的高电子迁移率晶体管及其制备方法，以克服上述缺陷。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提出一种具有垂直AlGaN/GaN结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法，以解决目前常规GaN基高电子迁移率晶体管器件阈值电压小于0且耐压能力差的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种具有垂直AlGaN/GaN结构的高电子迁移率晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]1)、在自支撑N
+
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GaN衬底上生长厚度为3
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30um的C掺杂GaN层；
[0010]2)、在所述C掺杂GaN层上生长厚度为1
‑
3um的N
_
‑
GaN渡越层；
[0011]3)、通过干法等离子体刻蚀，去除掉部分所述N
_
‑
GaN渡越层及位于其下方的所述C掺杂GaN层，以形成两个台阶并在所述两个台阶之间形成凹槽；
[0012]4)、通过干法等离子体刻蚀，对所述两个台阶进行刻蚀，去除掉所述台阶的部分所述N
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‑
GaN渡越层及位于其下方的部分所述C掺杂GaN层，以形成阶梯台阶；
[0013]5)、整体生长一层厚度为200nm
‑
500nm的GaN沟道层；
[0014]6)、在所述GaN沟道层上生长一层Al组分为15
‑
35％、厚度为10
‑
30nm的AlGaN势垒层，以形成AlGaN/GaN结构；
[0015]7)、在所述自支撑N
+
‑
GaN衬底的背面沉积漏电极；
[0016]8)、除去最顶部的所述AlGaN/GaN结构，以露出所述N_
‑
GaN渡越层，从而形成源极窗口；
[0017]9)、在所述源极窗口上沉积源电极；
[0018]10)、在位于所述阶梯台阶上方的所述AlGaN势垒层上沉积栅电极；
[0019]11)、制作互联引线。
[0020]优选地，所述GaN沟道层在垂直方向为极性面、水平方向为非极性面，所述AlGaN势垒层的侧面为极性面c面，从而使得所述AlGaN/GaN结构在垂直方向具有二维电子气。
[0021]优选地，所述台阶的长度为10μm
‑
15μm，两个所述台阶之间的间距为20μm
‑
30μm。
[0022]优选地，所述阶梯台阶的长度为1μm
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3μm或5
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8μm。
[0023]优选地，所述漏电极采用Ti层、Al层、Ni层和Au层叠加而成，其中，所述Ti层的厚度为20nm，所述Al层的厚度为160nm，所述Ni层的厚度为55nm，所述Au层的厚度为45nm。
[0024]优选地，所述源电极采用Ti层、Al层、Ni层和Au层叠加而成，其中，所述Ti层的厚度为20nm，所述Al层的厚度为160nm，所述Ni层的厚度为55nm，所述Au层的厚度为45nm。
[0025]优选地，在完成步骤9)之后，先进行金属退火，然后再进行步骤10)，其中，所述金属退火为在870℃的N2气氛中进行30s的快速热退火。
[0026]优选地，所述栅电极采用Ni层和Au层叠加而成，其中，所述Ni层的厚度为45nm，所述Au层的厚度为200nm。
[0027]优选地，所述互联引线采用Ti层和Au层叠加而成，所述Ti层的厚度为20nm，所述Au层的厚度为200nm。
[0028]此外，本专利技术还提供一种具有垂直AlGaN/GaN结构的高电子迁移率晶体管，其特征在于，其采用上述制备方法制备而成。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的具有垂直AlGaN/GaN结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法具有如下有益技术效果中的一者或多者：
[0030]1、本专利技术通过实现垂直结构使得器件电流可以垂直流通，使得GaN材料的高击穿特性得到更加充分地体现，同时在单位面积上增大器件有源区从而实现更高的电流密度，相比于横向HEMT，单位面积电流密度更高，适合商业化。
[0031]2、本专利技术利用GaN材料本身互相垂直的极性面与非极性面的差别，使得材料的侧面为极性面c面，使其在垂直方向通过极化效应产生二维电子气(2DEG)，而上层面为非极性面从而不产生2DEG，这样在水平方向制备的栅极就不会与2DEG直接接触，想要将沟道开启
还需要施加更正的栅极电压，实现器件增强型工作。
[0032]3、本专利技术的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有垂直AlGaN/GaN结构的高电子迁移率晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、在自支撑N
+
‑
GaN衬底(1)上生长厚度为3
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30um的C掺杂GaN层(2)；2)、在所述C掺杂GaN层(2)上生长厚度为1
‑
3um的N
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GaN渡越层(3)；3)、通过干法等离子体刻蚀，去除掉部分所述N
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‑
GaN渡越层(3)及位于其下方的所述C掺杂GaN层(2)，以形成两个台阶(a)并在所述两个台阶(a)之间形成凹槽(b)；4)、通过干法等离子体刻蚀，对所述两个台阶(a)进行刻蚀，去除掉所述台阶(a)的部分所述N
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‑
GaN渡越层(3)及位于其下方的部分所述C掺杂GaN层(2)，以形成阶梯台阶(c)；5)、整体生长一层厚度为200nm
‑
500nm的GaN沟道层(4)；6)、在所述GaN沟道层(4)上生长一层Al组分为15
‑
35％、厚度为10
‑
30nm的AlGaN势垒层(5)，以形成AlGaN/GaN结构；7)、在所述自支撑N
+
‑
GaN衬底(1)的背面沉积漏电极(6)；8)、除去最顶部的所述AlGaN/GaN结构，以露出所述N
_
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GaN渡越层(3)，从而形成源极窗口；9)、在所述源极窗口上沉积源电极(7)；10)、在位于所述阶梯台阶(c)上方的所述AlGaN势垒层(5)上沉积栅电极(8)；11)、制作互联引线。2.根据权利要求1所述的具有垂直AlGaN/GaN结构的高电子迁移率晶体管的制备方法，其特征在于，所述GaN沟道层(4)在垂直方向为极性面、水平方向为非极性面，所述AlGaN势垒层(5)的侧面为极性面c面，从而使得所述AlGaN/GaN结构在垂直方向具有二维电子气(d)。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：程斌，白俊春，平加峰，汪福进，贾永，
申请(专利权)人：江苏芯港半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：