[發明專利]基于氧化鎵與氮化鎵的集成式器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202010492327.0
• 申請日: 2020-06-03
• 公開（公告）號: CN113823707A
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 張曉東;馬永健;何濤;張寶順
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所;廣東中科半導體微納制造技術研究院
• 主分類號: H01L31/101
• 分類號: H01L31/101;H01L31/0216;H01L31/18;H01L31/12
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發明公開了一種基于氧化鎵與氮化鎵的集成式器件及其制備方法。所述集成式器件包括依次疊設在溝道層上的勢壘層、第一緩沖層和日盲紫外功能層；所述勢壘層表面的局部區域從第一緩沖層和日盲紫外功能層中暴露出；所述勢壘層表面的局部區域上設置有第一電極、第二電極和第三電極，以配合形成功率電子器件單元；所述日盲紫外功能層上設置有第四電極和第五電極，以配合形成日盲紫外光電子器件單元。本發明提供的集成式器件，可實現氧化鎵日盲紫外光電子器件與氮化鎵功率電子器件芯片集成，不僅能夠實現兩種器件的單一功能，還能綜合兩者優勢，適用于某些特定領域。

技術領域

本發明特別涉及一種基于氧化鎵與氮化鎵的集成式器件及其制備方法，屬于半導體技術領域。

背景技術

氧化鎵(Ga₂O₃)作為超寬禁帶半導體材料，且為直接帶隙(4.6-5.3eV)，熔點高達1725℃，而其優異的電學特性和發光性能長期以來一直是人們關注的焦點。利用其優異的電學特性和光學性能以及穩定的理化性質，可以用來制作高性能的功率電子器件、氣體傳感器、日盲探測器、紫外光電器件、半導體激光器等，具有廣闊的應用前景。

日盲紫外探測技術因其抗干擾能力強、靈敏度高的優點被廣泛關注。而基于寬禁帶半導體的日盲紫外探測器則因其體積小、壽命長、功耗低等優點，逐步取代真空光電管成為了當前的主流研究方向。Ga₂O₃光響應峰值正好落在日盲波段，無需進行能帶調控，且其在吸收邊附近的吸收系數高達10⁵cm^-1，是一種非常理想的天然日盲紫外探測材料。

此外，直接帶隙的Ga₂O₃材料也是制備紫外發光器件(如LED，半導體激光器)的理想材料，它對應的紫外光譜在UV-C短波紫外波段(200-280nm)范圍，在紫外線身份驗證、殺菌、醫療、液體檢測和分析等領域有廣闊的市場前景，Ga₂O₃用于日盲紫外波段的光通信，更不受外界環境影響，極大了提高抗干擾性能，是光通信關鍵元器件的最佳候選材料之一；以及，Ga₂O₃材料性能穩定，熱穩定性和化學穩定性優異，適用于高溫等嚴苛環境應用。

Ga₂O₃材料具備優良的光學特性、化學穩定性以及較高的機械強度，不需要通過摻雜來調整禁帶寬度就已經可以很好的適應日盲紫外光電子器件的需求，而且通過不同的工藝手段，可以將其制備成高質量單晶、外延薄膜以及納米線等不同形態，是一種非常有潛力的日盲紫外光電子半導體材料。

氮化鎵(GaN)材料以其優異的特性在光電器件(LED)中已廣泛應用，基于AlGaN/GaN異質結的功率電子器件具有高頻、高壓、耐高溫、功率密度大，抗輻射能力強等特性。尤其是AlGN/GaN HEMT功率電子器件的高頻特性更是令人矚目，它的開關頻率已經超越了硅(Si)材料功率電子器件的極限，可以達到MHz-GHz，是用于光通信模塊的理想的開關控制器件。