电极结构、氮化镓基半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种电极结构、包括该电极结构的GaN基半导体器件及其制造方法。该GaN基半导体器件可以包括：GaN基半导体层；以及在GaN基半导体层上的电极结构。该电极结构可以包括：包括导电材料的电极元件；以及在电极元件和GaN基半导体层之间的扩散层。该扩散层可以包括关于GaN基半导体层为n型掺杂剂的材料并且该扩散层接触GaN基半导体层。例如，扩散层可以包括从Ge、Si、Sn、Pb、GeSi及其组合中选出的至少一种。GaN基半导体层的接触扩散层的区域可以用所述n型掺杂剂掺杂。该GaN基半导体层可以包括例如GaN层和AlGaN层。GaN基半导体器件可以是高电子迁移率晶体管（HEMT）和/或可以是功率器件。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及电极结构、包括该电极结构的氮化镓基半导体器件及其制造方法。
技术介绍
氮化镓(GaN)基半导体具有优良的材料性质诸如大的禁带宽度、高的热稳定性和化学稳定性、高的电子饱和速度( 3X IO7Cm/秒)等。特别地，采用GaN基半导体的电子器件具有各种优点，诸如高击穿电场( 3X 106V/cm)、高的最大电流密度、在高温下稳定的工作特性、高热导率等。在采用GaN基异质结结构的异质结构场效应晶体管(HFET)的情形下，由于结界面处的能带不连续性大，所以电子可以在结界面处密集地聚集，因而电子迁移率可以进一歩増大。由于这样的材料性质，GaN基半导体不仅可以应用于光学器件，而且可以应用于高频和高功率的电子器件以及功率器件。然而，当GaN基半导体应用于各种电子器件(半导体器件)吋，发展关于GaN基半导体具有优良的接触特性的电极会是重要的。例如，能欧姆接触GaN基半导体的电极以及该电极的制造方法的发展/改进可以极大地提高电子器件(半导体器件)的性能。
技术实现思路
本专利技术提供关于GaN基半导体具有优良的接触特性的电极结构以及包括该电极结构的GaN基半导体器件。本专利技术还提供能降低用于欧姆接触的退火温度的电极结构以及包括该电极结构的GaN基半导体器件。本专利技术还提供了制造电极结构和GaN基半导体器件的方法。额外的方面将部分地在以下的描述中阐述，且部分将通过该描述变得明显，或者可以通过实践给出的实施例而习知。根据本专利技术的一方面，ー种GaN基半导体器件包括:GaN基半导体层；以及电极结构，在GaN基半导体层上，该电极结构包括:包括导电材料的电极元件；以及扩散层，在电极元件和GaN基半导体层之间，该扩散层包括关于所述GaN基半导体层为n型掺杂剂的材料，并且该扩散层接触所述GaN基半导体层，GaN基半导体层的接触扩散层的区域用n型掺杂剂掺杂。扩散层的材料可以包括第4族元素。扩散层的材料可以包括由Ge、S1、Sn、Pb、GeSi及其组合中选出的至少ー种，其中Ge、S1、Sn和Pb是第4族元素。扩散层可以具有约2nm至约20nm的厚度。电极元件可以具有多层结构。电极元件可以具有Ti/Al基多层结构。电极元件可以具有从Ti/Al结构、Ti/Al/Ni/Au结构、Ti/Al/TiN结构、Ti/Al/Mo结构和Ti/Al/W结构中选出的任何ー种结构。电极元件的至少一部分可以包括所述η型掺杂剂。GaN基半导体层可以具有包括GaN层和AlGaN层的多层结构。电极结构可以接触从GaN层和AlGaN层选出的一个。GaN基半导体层的接触扩散层的区域可以包括氮(N)空位。电极结构和GaN基半导体层之间的接触电阻率可以等于或小于约IX 10_4Ω ^cm20GaN基半导体器件可以是高电子迁移率晶体管(HEMT )。GaN基半导体器件可以是功率器件。GaN基半导体器件还可以包括:源电极，在GaN基半导体层的第一区域上；漏电极，在GaN基半导体层的第二区域上，其中源电极和漏电极中的至少一个为所述电极结构；以及栅电极，在GaN基半导体层上且在源电极和漏电极之间。GaN基半导体器件还可以包括在栅电极和GaN基半导体层之间的栅绝缘层。GaN基半导体层可以具有凹入部分，并且栅绝缘层的一部分可以与GaN基半导体层的凹入部分共形。GaN基半导体层的凹入部分可以对应于沟道部分。GaN基半导体器件还可以包括在栅绝缘层上的蚀刻阻挡层。蚀刻阻挡层可以包括从硅氮化物、硅氧化物、铝氮化物、铝氧化物及其组合中选出的至少一种。 GaN基半导体层的第一区域和第二区域可以分别具有凹入到各自的深度的凹入。GaN基半导体层可以具有包括GaN层和AlGaN层的多层结构，第一区域的上表面和第二区域的上表面是从GaN层和AlGaN层中选出的一个的被蚀刻表面。根据本专利技术的另一方面，一种制造GaN基半导体器件的方法包括:制备GaN基半导体层；以及在GaN基半导体层上形成电极结构，形成该电极结构包括在GaN基半导体层上形成扩散层以及在扩散层上形成包括导电材料的电极元件，该扩散层包括关于GaN基半导体层为η型掺杂剂的材料；以及对扩散层和GaN基半导体层退火从而将扩散层的η型掺杂剂扩散到GaN基半导体层中。扩散层的材料可以包括第4族元素。扩散层的材料可以包括从Ge、S1、Sn、Pb、GeSi及其组合中选出的至少一种，其中Ge、S1、Sn、Pb是第4族元素。电极元件可以形成为具有Ti/Al基多层结构。退火可以在约600°C至约800°C的温度进行。GaN基半导体层可以具有包括GaN层和AlGaN层的多层结构。GaN基半导体器件可以是HEMT。所述方法还可以包括:在GaN基半导体层上形成栅电极；在GaN基半导体层的位于栅电极一侧的第一区域上形成源电极；以及在GaN基半导体层的在栅电极另一侧的第二区域上形成漏电极，其中源电极和漏电极中的至少一个为所述电极结构。所述方法还可以包括在GaN基半导体层和栅电极之间形成栅绝缘层。GaN基半导体层可以具有凹入部分，并且栅绝缘层的一部分可以形成得与GaN基半导体层的凹入部分共形。GaN基半导体层的凹入部分可以对应于沟道部分。所述方法还可以包括在栅绝缘层上形成蚀刻阻挡层。所述方法还可以包括在形成源电极和漏电极之前，将GaN基半导体层的第一区域和第二区域蚀刻至期望的深度。GaN基半导体层可以具有包括GaN层和AlGaN层的多层结构，所述方法还可以包括蚀刻第一区域和第二区域的上表面以在从GaN层和AlGaN层选出的ー个中形成凹入。将第一区域和第二区域蚀刻至期望的深度可以通过反应离子蚀刻(RIE)进行。附图说明通过以下结合附图对实施例的描述，本专利技术的上述和/或其他的方面将变得显然且更易于理解，在附图中:图1至图4是剖视图，示出根据本专利技术各个实施例的包括电极结构的GaN基半导体器件；图5A至图5E是剖视图，示出根据本专利技术实施例的包括电极结构的GaN基半导体器件的制造方法；图6 (A)和图6 (B)是分别示出根据本专利技术实施例的在进行图5E的退火之前第ニ半导体层的接触源电极的区域的三维(3D)和ニ维(2D)晶体结构的视图；图7 (A)和图7 (B)是分别示出根据本专利技术实施例的在进行图5E的退火之后第ニ半导体层的接触源电极的区域的3D和2D晶体结构的视图；图8A至图8D是剖视图，示出根据本专利技术另ー实施例的制造包括电极结构的GaN基半导体器件的方法；图9A至图9C是剖视图，示出根据本专利技术另ー实施例的制造包括电极结构的GaN基半导体器件的方法；图10 (A)和图10 (B)是分别示出根据本专利技术实施例的在进行图9C的退火之前第一半导体层的接触源电极的区域的3D和2D晶体结构的视图；图11 (A)和图11 (B)是分别示出根据本专利技术实施例的在进行图9C的退火之后第一半导体层的接触源电极的区域的3D和2D晶体结构的视图；图12是剖视图，示出根据比较例的GaN基半导体器件；图13 (A)和图13 (B)是分别示出图12的第二半导体层的接触电极元件(源电极)的区域的3D和2D晶体结构；以及图14是曲线图，示出表I的比较例及样品I和2的电极结构的接触电阻率根据退火温度的变化。具体实施例方式现在将參照附图更全面地描述各个示范性实施例，附图中示出了示范性实施例。将理解，当一元件被称为“连接”本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaN基半导体器件，包括：GaN基半导体层；以及电极结构，在所述GaN基半导体层上，该电极结构包括：电极元件，包括导电材料，和扩散层，在所述电极元件和所述GaN基半导体层之间，该扩散层包括关于所述GaN基半导体层为n型掺杂剂的材料，并且该扩散层接触所述GaN基半导体层，所述GaN基半导体层的接触所述扩散层的区域用所述n型掺杂剂掺杂。

【技术特征摘要】
2011.10.27 KR 10-2011-01107211.一种GaN基半导体器件,包括: GaN基半导体层；以及 电极结构，在所述GaN基半导体层上，该电极结构包括: 电极元件，包括导电材料，和 扩散层，在所述电极元件和所述GaN基半导体层之间，该扩散层包括关于所述GaN基半导体层为n型掺杂剂的材料，并且该扩散层接触所述GaN基半导体层， 所述GaN基半导体层的接触所述扩散层的区域用所述n型掺杂剂掺杂。2.按权利要求1所述的GaN基半导体器件，其中所述扩散层的材料包括第4族元素。3.按权利要求1所述的GaN基半导体器件，其中所述扩散层的材料包括Ge、S1、Sn、Pb、GeSi及其组合中选出的至少ー种。4.按权利要求1所述的GaN基半导体器件，其中所述扩散层具有2nm至20nm的厚度。5.按权利要求1所述的GaN基半导体器件，其中所述电极元件具有多层结构。6.按权利要求5所述的GaN基半导体器件，其中所述电极元件具有Ti/Al基多层结构。7.按权利要求6所述的GaN基半导体器件，其中所述电极元件具有从Ti/Al结构、Ti/Al/Ni/Au结构、Ti/Al/TiN结构、Ti/Al/Mo结构和Ti/Al/W结构中选出的ー种结构。8.按权利要求1所述的GaN基半导体器件，其中所述电极元件的至少一部分包括所述n型掺杂剂。9.按权利要求1所述的GaN基半导体器件，其中所述GaN基半导体层具有包括GaN层和AlGaN层的多层结构。10.按权利要求9所述的GaN基半导体器件，其中所述电极结构接触从所述GaN层和所述AlGaN层中选出的ー个。11.按权利要求1所述的GaN基半导体器件，其中所述GaN基半导体层的接触所述扩散层的区域包括氮空位。12.按权利要求1所述的GaN基半导体器件，其中所述电极结构和所述GaN基半导体层之间的接触电阻率等于或小于IX 10_4 Q cm2。13.按权利要求1所述的GaN基半导体器件，其中所述GaN基半导体器件是高电子迁移率晶体管。14.按权利要求1所述的GaN基半导体器件，其中所述GaN基半导体器件是功率器件。15.按权利要求1所述的GaN基半导体器件，其中所述GaN基半导体器件还包括: 源电极，在所述GaN基半导体层的第一区域上； 漏电极，在所述GaN基半导体层的第二区域上，所述源电极和所述漏电极中的至少ー个为所述电极结构；以及 栅电极，在所述GaN基半导体层上且在所述源电极和所述漏电极之间。16.按权利要求15所述的GaN基半导体器件，还包括: 栅绝缘层，在所述栅电极和所述GaN基半导体层之间。17.按权利要求16所述的GaN基半导体器件，其中， 所述GaN基半导体层具有凹入部分，并且 所述栅绝缘层的一部分与所述GaN基半导体层的所述凹入部分共形。18.按权利要求17所述的GaN基半导体器件，其中所述GaN基半导体层的凹入部分对应于沟道部分。19.按权利要求16所述的GaN基半导体器件，还包括: 蚀刻阻挡层...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政烨，鲜于文旭，文彰烈，朴用永，梁佑荣，黄仁俊，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：