[發明專利]柵極與源漏極異面的GaN基HEMT的結構及其制作方法

在審

• 申請號: 201510524897.2
• 申請日: 2015-08-25
• 公開（公告）號: CN105047709A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發明（設計）人: 程哲;張韻;張連
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/417;H01L29/423
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，特別涉及一種柵極與源漏極異面的GaN基異面柵極結構HEMT與其制作工藝。

背景技術

近些年來GaN基電力電子器件吸引了許多人的注意。然而GaN基HEMT的柵極漏電流一直是一個限制GaN基HEMT性能的原因。其中，由于HEMT通常為表面器件，所以表面漏電流是柵極漏電流的一個主要來源。另外，電力電子器件的正向導通電阻也是一個重要的性能參數。較低的正向導通電阻，可以有效的降低電力電子器件在使用過程中的電能損耗。由于常見的GaN基HEMT的柵極處于源漏電極，器件的源漏極間距存在著限制，難以縮短。源漏極間距與正向導通電阻成正比，所以常見GaN基HEMT的正向導通電阻存在著一個限制。

發明內容

本發明提出了本發明公開了柵極與源漏極異面的GaN基HEMT的結構。這種結構可以減少柵極表面漏電流，并通過縮短源漏電極間距減少正向導通電阻，從而減少GaN基HEMT在使用中的電能損耗。

本發明技術方案如下：

柵極與源漏極異面的GaN基HEMT結構，如圖1所示，包含位于襯底上的GaN基HEMT外延結構，在所述外延結構上具有柵極、源漏極、漏電極，其中在柵極與外延結構之間存在一個介質層，在柵極上表面存在一個電鍍銅襯底。此結構的主要特征為，柵極處于不同于源漏極所在平面的另一平面，可以用于實現增強型或耗盡型GaN基HEMT。

上述結構中，襯底材料可以采用藍寶石或氮化鎵；電極金屬與轉移襯底可以使用Ni、Al、Au、Pt、Ti、Cr、Cu或W等金屬及其復合金屬體系制作，電極金屬俯視面積

介質層材料為Al₂O₃、SiO₂、HfO₂、HfTiO、ZrO₂、SiN_x、SiNO或MgO。

本發明提出了本發明公開了柵極與源漏極異面的GaN基HEMT的制作方法，包括以下步驟：

步驟1.在襯底表面外延生長GaN基HEMT外延結構；

步驟2.在勢壘層上表面(外延方向為上)制作介質層；

步驟3.在介質層表面制作一個金屬電極，作為柵極，并制作一個厚導電層作為轉移襯底；

步驟4.在溝道層下表面(外延方向為上)制作兩個電極，作為源極與漏極；

本發明提供的柵極與源漏極異面的GaN基HEMT的結構，由于柵極與源漏電極處于不同的表面，從而徹底阻斷了柵極表面漏電通道。同時，由于柵極位置的改變，源漏電極可以安置的比常見HEMT更加接近，從而減少正向導通電阻。由于正向導通電阻的降低，所以這種新結構晶體管在使用時，電能損耗將相對減少。

附圖說明

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明，其中：

圖1是柵極與源漏極異面的GaN基HEMT結構示意圖；

圖2是柵極與源漏極異面的GaN基耗盡型(常開型)HEMT襯底剝離前結構示意圖；

圖3是柵極與源漏極異面的GaN基增強型(常關型)HEMT襯底剝離前結構示意圖。

具體實施方式

柵極與源漏極異面的GaN基HEMT結構，如圖1所示，包含位于襯底上的GaN基HEMT外延結構1、2，在所述外延結構上具有柵極4、源漏極6、漏電極7，其中在柵極與外延結構之間存在一個介質層3，在柵極上表面存在一個電鍍銅襯底5。此結構的主要特征為，柵極處于不同于源漏極所在平面的另一平面，可以用于實現增強型或耗盡型GaN基HEMT。

襯底材料可以采用藍寶石或氮化鎵；電極金屬與轉移襯底可以使用Ni、Al、Au、Pt、Ti、Cr、Cu或W等金屬及其復合金屬體系制作，電極金屬俯視面積介質層材料為Al₂O₃、SiO₂、HfO₂、HfTiO、ZrO₂、SiN_x、SiNO或MgO。

實施例1

以藍寶石材料為襯底的柵極與源漏極異面的GaN基耗盡型(常開型)HEMT制作步驟如下：

步驟1.層8為藍寶石襯底，利用金屬有機化合物化學氣相沉淀技術外延生長層9緩沖層、層10GaN溝道層與層11AlGaN勢壘層，形成異質結。其中勢壘層的鋁組份可選擇為26％，層10與層11為本征材料，厚度分別為3um與20nm。