[發明專利]一種抗輻照GaN基高電子遷移率晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 202010615371.6
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111900148A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 王登貴;周建軍;孔岑;張凱;戚永樂;陳堂勝
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L23/552
• 分類號: H01L23/552;H01L23/31;H01L21/56
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種抗輻照GaN基高電子遷移率晶體管及其制備方法，晶體管結構包含襯底、緩沖層、溝道層、勢壘層、源極、漏極、柵極、第一鈍化層和第二鈍化層。本發明針對常規GaN HEMT經過高能粒子輻照后器件性能退化明顯的問題，通過引入具有高位移閾能的鈦酸鋇等作為第二鈍化層，可以有效屏蔽高能粒子對勢壘層與溝道層的絕大部分輻照影響，提升GaN HEMT器件在航空航天、通信衛星、太空探測等領域極端環境條件下的工作可靠性。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，特別是一種抗輻照GaN基高電子遷移率晶體管及其制備方法。

背景技術

近年來，第三代半導體GaN因其具有寬帶隙、高擊穿場強、高飽和電子漂移速度等優異的物理特性，在無線通信、電力系統、光電探測等領域具有重要的應用前景。作為寬禁帶半導體，GaN中Ga原子與N原子的理論位移閾能分別為20.5eV與10.8eV，遠高于GaAs等理論值，具有優異的抗輻射特性。

然而，當前材料外延質量與器件工藝水平等因素的影響，使得GaN HEMT在γ射線、電子、質子和中子等高能粒子輻照下的器件輸出特性退化明顯，抗輻照性能遠未達到理論水平，極大限制了GaN HEMT器件在航空航天、通信衛星、太空探測等領域極端環境條件下的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種抗輻照GaN基高電子遷移率晶體管及其制備方法，采用雙鈍化層結構，借助具有高位移閥能的鈦酸鋇等作為抗輻照加固層，可有效屏蔽高能粒子對勢壘層與溝道層的輻照影響，提升GaN HEMT器件的抗輻照能力。

實現本發明目的的技術方案為：一種抗輻照GaN基高電子遷移率晶體管，該晶體管結構自下而上依次包括襯底、緩沖層、溝道層和勢壘層，所述勢壘層的上方依次平行設有源極、柵極與漏極，第一鈍化層和第二鈍化層依次覆蓋于勢壘層、源極、漏極和柵極的上方且在源極、漏極、柵極對應的位置處開設有與外界進行電接觸的窗口。

進一步的，所述襯底為Si、藍寶石、SiC、金剛石和GaN自支撐襯底中的任一種。

進一步的，所述緩沖層為GaN、AlN、AlGaN中的一種或多種組成的單層或多層結構。

進一步的，所述溝道層為GaN、AlGaN、AlN中的一種。

進一步的，所述勢壘層為AlGaN、AlInN、AlN、AlInGaN中的一種。

進一步的，所述源極和漏極的金屬分別為Ti-Al合金、Ti-Al-Ti-TiN合金、Ti-Al-Ti-Au合金、Ti-Al-Ni-Au合金、Ti-Al-Mo-Au合金中的一種，可相同或不同。

進一步的，所述柵極為W、Ni、Pt、TiN、Ni-Au合金、Pt-Al合金中的一種。

進一步的，所述第一鈍化層為SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、Ga₂O₃、HfO₂、金剛石中的一種或幾種。

進一步的，所述第二鈍化層為BaTiO₃、SrTiO₃、PZT、HfZrO_x、BiFeO₃中的一種或幾種。

一種抗輻照GaN基高電子遷移率晶體管的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，在襯底的上方利用外延生長方法依次生長緩沖層、溝道層、勢壘層；

步驟2，在所述勢壘層的上方定義源極和漏極的掩模，通過蒸發或濺射方式沉積歐姆金屬，剝離工藝形成源極和漏極，并通過退火工藝形成歐姆接觸，所述掩模的制作方式為光學光刻或電子束直寫方式；