[發明專利]一種二維AlN/GaN HEMT射頻器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202010557522.7
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111785783A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 李國強;孫佩椰;王文樑
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 王東東

本發明公開了一種二維AlN/GaN HEMT射頻器件及其制備方法，包括襯底、GaN溝道層、二維AlN勢壘層、SiN_X鈍化層、漏金屬電極、源金屬電極和柵金屬電極。本發明采用厚度僅為幾個原子層的二維AlN層替代AlGaN勢壘層，在提高異質結極化強度的同時，提高器件的縱橫比，有利于實現器件頻率和效率的同步提升。

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，具體涉及一種二維AlN/GaN HEMT射頻器件及其制備方法。

背景技術

隨著微波射頻技術的進一步的發展，面對高溫、高耐壓、抗輻射、大功率、高效率、超帶寬等工作條件的提出，已有的Si基、GaAs基功率器件已不能滿足相應的性能要求，為了適應對未來微波功率器件的發展需要，從二十世紀九十年代開始，微波功率器件的研究重心開始轉向寬禁帶半導體材料器件。

第三代半導體材料III族氮化物具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、極化效應顯著等特性，因此以AlGaN/GaN HEMT為代表的GaN基高電子遷移率晶體管器件具備高擊穿電壓、高功率、耐高溫、高效率和大電流的特性，同時又有很好的微波特性，使得AlGaN/GaN HEMT器件在微波大功率應用中的地位日漸突出。對于毫米波器件，縮短器件柵長是提高器件電流增益截止頻率和最高振蕩頻率的重要措施。目前，AlGaN/GaN HEMT器件的柵長已經縮短至納米尺度，這導致器件出現明顯的短溝道效應，造成柵調制效率降低、閾值電壓漂移、輸出電導增加等，嚴重影響AlGaN/GaN HEMT器件的電學性能和頻率特性。而增大器件縱橫比(柵長與金屬柵到二維電子氣溝道間距之比)能有效抑制短溝道效應，但為增大器件縱橫比，則需減薄AlGaN勢壘層厚度，而過薄的勢壘層又會造成二維電子氣濃度減小，影響器件的頻率特性。為了解決這一矛盾，Ostermaier等人提出了采用2nm厚度的InAlN薄勢壘層來代替傳統的AlGaN勢壘層，雖然能夠有效抑制短溝道效應，但其極化強度不足，對器件的直流和頻率特性造成影響。而Chung等人提出采用凹柵工藝降低柵下勢壘層厚度以減小短溝道效應的影響，但刻蝕凹槽會對器件造成機械損傷，且刻蝕工藝穩定性差，同樣會影響器件性能。因此，迫切需要一種有效方法，在增大器件縱橫比的同時，保持良好的二維電子氣特性，這對于實現高效毫米波器件具有重大意義。

發明內容

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發明的首要目的是提供一種二維AlN/GaN HEMT射頻器件。

本發明的另一個目的是提供一種二維AlN/GaN HEMT射頻器件的制備方法。

本發明采用如下技術方案：

一種二維AlN/GaN HEMT射頻器件，包括襯底、GaN溝道層、二維AlN勢壘層、SiN_X鈍化層、漏金屬電極、源金屬電極和柵金屬電極，其中：

所述襯底、GaN溝道層和二維AlN勢壘層由下至上依次層疊；

所述SiN_X鈍化層覆蓋在除源金屬電極、漏金屬電極及柵金屬電極區域外的二維AlN勢壘層上表面區域；

所述漏金屬電極和源金屬電極分別位于二維AlN勢壘層上未被SiN_X鈍化層覆蓋的兩側區域，漏金屬電極和源金屬電極與二維AlN勢壘層之間形成歐姆接觸；

所述柵金屬電極位于二維AlN勢壘層的中間區域，柵金屬電極與二維AlN勢壘層之間形成肖特基接觸；

所述二維AIN勢壘層的厚度為3～5nm。

所述柵金屬電極為T型柵，柵長為50～200nm；

所述GaN溝道層的厚度為1～5μm；

所述SiN_X鈍化層的厚度為50～100nm；

所述漏金屬電極和源金屬電極由Ti、Al、Ni和Au四層金屬組成；