[發明專利]一種基于氮化鎵異質結外延的長關型HEMT器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202010218097.9
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111463273A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 關赫;沈桂宇
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/66;H01L29/20;H01L29/06
• 代理公司: 西安利澤明知識產權代理有限公司 61222
• 代理人: 林兵

本發明屬于集成電路技術領域，具體提供了一種基于氮化鎵異質結外延的長關型HEMT器件，包括最底層的高阻Si襯底以及依次從下到上堆疊的AlGaN\AlN緩沖層、GaN外延層、AlN插入層、AlInGaN勢壘層、GaN帽層和頂層的柵電極、源漏電極，其具有擊穿電壓高、導通電阻低、開關速度快、零反向恢復電荷、體積小和能耗低、抗輻射等優勢。本發明還提供了一種基于氮化鎵異質結外延的長關型HEMT器件的制備方法，其成本低廉，工藝簡單，可進行工業化批量生產。

技術領域

本發明屬于集成電路技術領域，尤其涉及一種基于氮化鎵異質結外延的長關型HEMT器件極其制備方法。

背景技術

與硅、砷化鎵等半導體材料相比，寬禁帶半導體材料氮化鎵(GaN)具有更大的禁帶寬度(3.4eV)、更強的臨界擊穿場強以及更高的電子遷移速率，得到了國內外研究者們的廣泛關注，在電力電子功率器件以及高頻功率器件方面具有巨大的優勢和潛力；作為第三代寬禁帶半導體的典型代表，GaN材料不但具有禁帶寬度大、臨界擊穿電場高、電子飽和漂移速度大、耐高溫、抗輻射以及化學穩定性好等特點，同時由于GaN材料的極化效應，可以與鋁鎵氮等材料形成具有高濃度(大于1013cm^-2)和高遷移率(大于2000cm 2/V·s)的二維電子氣(2DEG)，非常適合制備功率開關器件，成為當前功率器件領域的研究熱點。

目前絕大部分GaN射頻器件采用了SiC材料做為襯底，其成本較高，然而Si襯底與GaN之間存在較大的晶格失配和熱膨脹系數失配，如果在Si襯底上直接生長GaN，生長結束降至室溫過程中，由于Si襯底與GaN收縮速率不同極易產生裂紋；且目前絕大部分GaN射頻器件采用了AlGaN材料作為勢壘層，由于AlGaN材料中Al組分含量較低，使器件的飽和功率密度和頻率特性受限，且由于其厚度較大，器件為常開型，需要負壓控制。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種基于氮化鎵異質結外延的長關型HEMT器件，包括最底層的高阻Si襯底以及依次從下到上堆疊的AlGaN\AlN緩沖層、GaN外延層、AlN插入層、AlInGaN勢壘層、GaN層和頂層的柵電極、源漏電極。

作為上述方案的進一步說明，源漏電極材料為Ni或者Ti或者Au、或者Al。

作為上述方案的進一步說明，柵電極材料為Au或者Ni；柵電極與GaN帽層之間為肖特基接觸。

本發明還提供了一種基于氮化鎵異質結外延的長關型HEMT器件的制備方法，包含以下步驟：

(a)選取高阻Si襯底；

(b)在所述Si襯底表面生長AlGaN\AlN緩沖層；

(c)在所述緩沖層表面生長GaN外延層；

(d)在所述外延層表面生長AlN插入層；

(e)在所述插入層表面生長AlInGaN勢壘層；

(f)在所述勢壘層表面生長GaN帽層；

(g)在所述帽層表面使用第二掩模板生長源漏電極；

(h)在所述帽層表面使用第一掩模版生長柵電極；

(i)在所述樣品表面生長SiO₂鈍化層，最終完成基于氮化鎵異質結外延的長關型HEMT器件。

作為上述方案的進一步說明，所述步驟(b)中，采用化學氣相沉積法生長AlGaN緩沖層或AlN緩沖層；所述步驟(c)中采用化學氣相沉積法生長GaN外延層；所述步驟(d)中采用反應磁控濺射法在所述GaN外延層上生長的AlN薄膜形成AlN插入層；所述步驟(e)中采用化學氣相沉積法生長AlInGaN勢壘層。