[發明專利]ScAlN/GaN高電子遷移率晶體管及其制作方法

有效

• 申請號: 202011452266.1
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112542508B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 薛軍帥;劉芳;張進成;郝躍;李藍星;孫志鵬;張赫朋;楊雪妍;姚佳佳
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/20;H01L29/778;H01L21/336
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;李勇軍

1.一種ScAlN/GaN高電子遷移率晶體管，自下而上，包括襯底(1)、成核層(2)、GaN溝道層(3)、AlN插入層(4)、勢壘層(6)，其特征在于：

所述AlN插入層(4)與勢壘層(6)之間增設有In組分x在14％-20％之間，厚度為1nm-10nm的In_xAl_1-xN帽層(5)；

所述勢壘層(6)的上部依次設有勢壘保護層(7)和絕緣柵介質層(8)，該絕緣柵介質層(8)上設置柵電極；

所述In_xAl_1-xN帽層(5)至絕緣柵介質層(8)兩側均為歐姆接觸區，歐姆接觸區上分別設置源、漏電極。

2.如權利要求1所述的晶體管，其特征在于：所述勢壘層(6)，采用Sc組分y在15％-20％之間，厚度為1nm-30nm的Sc_yAl_1-yN材料。

3.如權利要求1所述的晶體管，其特征在于：

所述AlN插入層(4)，其厚度為1nm-2nm；

所述勢壘保護層(7)，其厚度為1nm-3nm；

所述的絕緣柵介質層(8)，其厚度3nm-20nm。

4.如權利要求1所述的晶體管，其特征在于：襯底采用藍寶石材料、Si材料、SiC材料、金剛石材料、氮化鋁材料和氧化鎵材料中的任意一種材料。

5.如權利要求1所述的晶體管，其特征在于：

所述的成核層(2)，采用AlN、AlGaN、AlN/AlGaN超晶格的復合層或GaN、AlGaN、AlN/AlGaN超晶格的復合層，厚度為100nm-240nm；

所述絕緣柵介質層(8)，采用Al₂O₃或HfO₂介質層，厚度為3nm-20nm。

6.如權利要求1所述的晶體管，其特征在于：

所述的溝道層(3)，采用GaN，厚度為1500nm-5000nm；

所述的勢壘保護層(7)，采用GaN或AlN，其厚度為1nm-3nm。

7.一種ScAlN/GaN高電子遷移率晶體管的制作方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)在襯底基片(1)上，利用金屬有機物化學氣相淀積方法生長100nm-240nm的成核層(2)；

2)用金屬有機物化學氣相淀積方法，在成核層(2)上生長1500nm-5000nm的GaN溝道層(3)；

3)用金屬有機物化學氣相淀積方法，在GaN溝道層(3)上生長厚度為1nm-2nm的AlN插入層(4)；

4)用金屬有機物化學氣相淀積方法，在AlN插入層(4)上生長In組分x在14％-20％之間，厚度為1nm-10nm的InAlN帽層(5)；

5)用分子束外延方法，在InAlN帽層(5)上生長Sc組分y在15％-20％之間，厚度為1nm-30nm的ScAlN勢壘層(6)；

6)用分子束外延方法，在ScAlN勢壘層(6)上生長厚度為1nm-3nm的勢壘保護層(7)；

7)采用原子層淀積工藝，在勢壘保護層(7)上形成厚度為3nm-20nm的絕緣柵介質層(8)；

8)采用電子束蒸發工藝，在絕緣柵介質層(8)上淀積Ni/Au金屬組合，形成柵電極；

9)對絕緣柵介質層兩端進行干法刻蝕處理至AlN插入層上方，形成凹槽；再用分子束外延方法在凹槽區域生長厚度為6nm-63nm的Si摻雜n型GaN層，Si的劑量為(0.5-1)x10²⁰cm^-3，并進行劑量為(0.5-1)x10²⁰cm^-3的n型Si離子注入，形成歐姆接觸區域；

10)采用電子束蒸發工藝，在源電極和漏電極圖形區先淀積歐姆接觸金屬Ti/Al/Ni/Au，再在830℃氮氣氣氛下退火，形成源電極和漏電極，完成器件制作。