[实用新型]一种与Si-CMOS工艺兼容的AlGaN/GaN异质结HEMT器件

说明书

本实用新型公开了一种与Si‑CMOS工艺兼容的AlGaN/GaN异质结HEMT器件。该器件包括：AlGaN/GaN异质结外延层、钝化层、栅介质层、无金栅电极、无金源漏电极。所述AlGaN/GaN异质结外延层从下往上依次包括衬底、氮化物成核层、氮化物缓冲层、GaN沟道层、AlGaN本征势垒层和AlGaN重掺杂层，AlGaN重掺杂层通过电离施主产生电荷以补偿半导体的表面受主能级从而抑制电流崩塌，同时经低温退火与电极形成欧姆接触。本实用新型可以有效抑制HEMT器件的电流崩塌，提高器件性能，解决了AlGaN/GaN异质结HEMT与Si‑CMOS工艺兼容的技术瓶颈。

技术领域

本实用新型属于半导体器件技术领域，具体涉及一种与Si-CMOS工艺兼容的

AlGaN/GaN异质结HEMT器件，可用于电力电子和微波通信等领域。

背景技术

随着现代武器装备和航空航天、核能、通信技术、汽车电子、开关电源的发展，对半导体器件的性能提出了更高的要求。作为宽禁带半导体材料的典型代表，GaN基材料具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、临界击穿场强高、热导率高、稳定性好、耐腐蚀、抗辐射等特点，可用于制作高温、高频及大功率电子器件。另外，GaN还具有优良的电子特性，可以和AlGaN形成调制掺杂的AlGaN/GaN异质结构，该结构在室温下可以获得高于 1500cm²/Vs的电子迁移率，以及高达3×10⁷cm/s的峰值电子速度和2×10⁷cm/s的饱和电子速度，并获得比第二代化合物半导体异质结构更高的二维电子气密度，被誉为是研制微波功率器件的理想材料。因此，基于AlGaN/GaN异质结的微波功率器件在高频率、高功率的无线通信、雷达等领域具有非常好的应用前景。

然而，HEMT器件仍然面临诸多挑战，如：电流崩塌，阈值稳定及器件的可靠性等，电流崩塌指器件在高压关态应力后，器件的导通电阻增加的现象。这种现象的一个主要原因为HEMT器件中较为严重的界面态或表面态，器件沟道中的电子浓度由于缺陷的捕获而降低。同时，较高的成本限制了HEMT器件的广泛应用。降低HEMT的制造成本的一个方法是实现HEMT在Si-CMOS工艺线的大规模生产。然后，几个因素限制了HEMT器件在CMOS 工艺线加工：1、常规HEMT器件的欧姆和肖特基接触工艺中采用的有金接触金属，造成 Au对CMOS工艺线的污染；2、常规HEMT器件的欧姆工艺温度较高，造成Ga对CMOS 工艺线的污染，同时高温使大尺寸硅衬底上的AlGaN/GaN外延层破裂，降低产品良率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述已有技术的缺陷，通过在AlGaN/GaN异质结中采用双层AlGaN层，结合无金电极工艺和低温欧姆工艺，可以有效抑制HEMT器件的电流崩塌，提高器件性能，同时降低工艺温度、简化工艺流程，解决了AlGaN/GaN异质结HEMT与 Si-CMOS工艺兼容的技术瓶颈，有助于降低AlGaN/GaN异质结HEMT的制造成本。

本实用新型的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种与Si-CMOS工艺兼容的AlGaN/GaN异质结HEMT器件，该器件包括：AlGaN/GaN异质结外延层、钝化层、栅介质层、无金栅电极、无金源漏电极。所述AlGaN/GaN异质结外延层从下往上依次包括衬底、氮化物成核层、氮化物缓冲层、GaN沟道层、AlGaN本征势垒层和AlGaN重掺杂层，AlGaN重掺杂层通过电离施主产生电荷以补偿半导体的表面受主能级从而抑制电流崩塌，同时经低温退火与无金源漏电极形成欧姆接触，所述无金电极避免Au对Si-CMOS工艺线的污染。

进一步地，AlGaN/GaN异质结外延层的衬底的材质为蓝宝石、硅、碳化硅或同质外延的GaN，氮化物成核层为GaN或AlN，氮化物缓冲层为GaN、AlGaN、渐变组分AlGaN或其组合，GaN沟道层和AlGaN本征势垒层之间具有高电子迁移率的二维电子气。