本實用新型涉及半導體制造技術領域,尤其涉及一種雙異質結結構的背勢壘GaN HEMT結構。
背景技術:
硅基芯片經歷幾十年發展,隨著Si基CMOS尺寸不斷縮小,其頻率性能也不斷提高,預計特征尺寸達到25nm時,其fT可達490GHz。但Si材料的Johnson優值僅為0.5 THzV, 尺寸的縮小Si CMOS器件的擊穿電壓將遠小于1V,這極大地限制了硅基芯片在超高速數字領域的應用。近年來,人們不斷地尋找其替代品,由于寬禁帶半導體氮化鎵(GaN)材料具有超高的Johnson優值(5 THzV), 其器件溝道尺寸達到10nm量級時,擊穿電壓仍能保持10 V左右,已逐漸的引起了國內外廣泛的重視。在要求高轉換效率和精確閾值控制、寬帶、大動態范圍的電路(如超寬帶ADC、DAC)數字電子領域具有廣闊和特殊的應用前景,支持國防通信、機載和空間系統。GaN 基數字邏輯器件成為近幾年超高速半導體領域研究的熱點,正成為Si CMOS高速電路在數模和射頻電路領域的后續發展中的有力競爭者, 是國家重點支持的尖端技術,堪稱信息產業的“心臟”。
目前,基于GaN HEMT的邏輯器件的加工尺度已進入了GaN納電子的范疇,fT已達到190 GHz,正向fT為300 GHz到500 GHz進軍,成為第三代半導體發展中的一個新的機遇,在超高速領域具有非常廣闊的發展潛力。但是,對于這些傳統器件結構本身而言,其中大柵漏電流是阻礙器件性能提高和實際應用的主要瓶頸,普通 AlGaN/GaN HEMT器件緩沖層內泄漏電流過大導致器件提前擊穿的問題目前一直沒有得到解決。
技術實現要素:
本實用新型實施例通過提供一種雙異質結結構的背勢壘GaN HEMT結構,解決了現有技術中AlGaN/GaN HEMT器件緩沖層內泄漏電流過大導致器件提前擊穿的技術問題。
為了解決上述技術問題,本實用新型提供了一種雙異質結結構的背勢壘GaN HEMT結構,由下至上依次包括:襯底、SiN/AlN成核層、AlGaN緩沖層、GaN溝道層、GaN緩沖層、AlGaN勢壘層、GaN 帽層。
進一步地,還包括在所述GaN 帽層上,采用光刻和蒸發Ti/Al/Ni/Au中任意一種金屬形成源漏電極金屬。
進一步地,還包括:在所述GaN 帽層上,光刻和采用Cl2進行ICP干法刻蝕隔離,刻蝕GaN帽層和AlGaN勢壘層,直到GaN 緩沖層,形成一個臺面隔離區。
進一步地,在所述臺面隔離區內光刻和蒸發Pt/ Au中任意一種金屬,經剝離工藝形成柵極金屬,與所述AlGaN勢壘層形成肖特基接觸。
采用本實用新型中的一個或者多個技術方案,具有如下有益效果:
1、本實用新型中該期間可與常規硅基CMOS高速邏輯電路期間工藝兼容,極大的拓寬GaN期間在數字電路領域的應用。
2、該背勢壘HEMT器件結構可有效的增強GaN器件二維電子氣。
3、該器件中AlGaN緩沖層相比GaN緩沖層有著更大的禁帶寬度和更高的臨界擊穿電場,使得該器件有著更好的載流子限域性和夾斷特性。
4、該器件結構能夠很好地解決普通AlGaN/GaN HEMT 緩沖層內泄漏電流過大導致器件提前擊穿的問題。
5、該器件能進一步提升寬禁帶半導體器件的性能,又可大幅度降低成本,在數模和RF電路應用中擁有巨大的潛力。
附圖說明
圖1為本實用新型實施例中雙異質結結構的背勢壘GaN HEMT結構的結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型實施例提供了一種雙異質結結構的背勢壘GaN HEMT結構,解決了現有技術中AlGaN/GaN HEMT器件緩沖層內泄漏電流過大導致器件提前擊穿的技術問題。
為了解決上述技術問題,下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對本實用新型的技術方案進行詳細的說明。
本實用新型實施例提供了一種一種雙異質結結構的背勢壘GaN HEMT結構,如圖1所示,由下至上依次包括:襯底10、SiN/AlN成核層20、AlGaN緩沖層30、GaN溝道層40、GaN緩沖層50、AlGaN勢壘層60、GaN 帽層70。
在具體的實施方式中,還包括:在該GaN 帽層70上,采用光刻和蒸發Ti/Al/Ni/Au中任意一種金屬形成源漏電極金屬。源漏電極金屬分別位于左右兩側。還包括:在該GaN 帽層上,光刻和采用Cl2進行ICP干法刻蝕隔離,刻蝕GaN帽層和AlGaN勢壘層,直到GaN 緩沖層,形成一個臺面隔離區。還包括在臺面隔離區內光刻和蒸發Pt/ Au中任意一種金屬,經剝離工藝形成柵極金屬,與AlGaN勢壘層形成肖特基接觸。從而形成有源區。
具體地,該襯底10的材料具體為Si、SiC、GaN、藍寶石、Diamond中的任意一種,主要作用為支撐材料。該SiN/AlN成核層20不摻雜,厚度為400~800nm,用于吸收Si襯底與后續外延層之間因晶格失配產生的應力,避免產生晶格馳豫。該AlGaN緩沖層是Si襯底到GaN溝道之間的緩沖層,用于吸收Si襯底與后續外延層之間因為晶格失配產生的應力,其中,Al的含量為5%。該GaN溝道層采用MOCVD生長,用于在低場下為二維電子氣提供導電溝道。
該AlGaN勢壘層采用MOCVD方法生長,厚度為1.5nm,用于和柵極金屬形成肖特基接觸。該GaN帽層不摻雜,采用MOCVD在勢壘層AlN上生長Si襯底到GaN溝道層之間的緩沖層,采用GaN,不摻雜,厚度為1nm~3nm。
具體的有益效果:
1、本實用新型中基于硅襯底的GaN HEMT器件結構可與常規Si基CMOS高速邏輯電路器件工藝兼容,極大的拓寬GaN器件在數字電路領域的應用。
2、該器件可有效的增強GaN器件二維電子氣。
3、該器件中AlGaN緩沖層相比GaN緩沖層有著更大的禁帶寬度和更高的臨界擊穿電場,使得該器件有著更好的載流子限域性和夾斷特性。
4、該器件結構可很好地解決了普通 AlGaN/GaN HEMT 緩沖層內泄漏電流過大導致器件提前擊穿的問題。
5、該器件基于硅襯底的GaN技術既能進一步提升寬禁帶半導體器件的性能,又可大幅度降低成本,在數模和RF電路應用中擁有巨大的潛力。
盡管已描述了本實用新型的優選實施例,但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念,則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以,所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本實用新型范圍的所有變更和修改。
顯然,本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣,倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內,則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。