[发明专利]基于热退火掺杂工艺的低阻态氮化镓基器件及其制作方法

说明书

本发明涉及一种基于热退火掺杂工艺的低阻态氮化镓基器件及其制作方法，包括依次设置的衬底层、成核层、缓冲层，还包括势垒层；所述势垒层上设有源电极、漏电极和栅电极，所述势垒层上还设置有半导体薄膜，所述低阻态氮化镓基器件为通过热退火掺杂工艺处理过的氮化镓基器件。本发明实施例，工艺实现容易，成本较低，易实现大规模的生产。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种基于热退火掺杂工艺的低阻态氮化镓基器件及其制作方法。

背景技术

随着科技水平的提高，现有的第一、二代半导体材料已经无法满足更高频率、更高功率电子器件的需求，而基于氮化物半导体材料的电子器件则可满足这一要求，大大提高了器件性能，使得以GaN为代表的第三代半导体材料在微波毫米波器件制造中有了广泛的应用。GaN是一种新型宽禁带化合物半导体材料，具有许多硅基半导体材料所不具备的优良特性，如宽禁带宽度，高击穿电场，以及较高的热导率，且耐腐蚀，抗辐射等。进入二十世纪90年代后，由于P型掺杂技术的突破以及成核层技术的引入，使得GaN材料得到快速的发展。GaN材料可以形成AlGaN/GaN异质结构，这种异质结构不仅在室温下能获得很高的电子迁移率，以及极高的峰值电子速度和饱和电子速度，而且可以获得比第二代化合物半导体异质结更高的二维电子气浓度。这些优势使得AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管在微波毫米波频段的大功率、高效率、宽带宽、低噪声性能方面显著超过了GaAs基HEMT和InP基HEMT。

欧姆接触是GaN器件工艺流程的关键节点，欧姆接触电阻的大小对多种器件的性能有着直接的影响，较大的源、漏接触电阻会降低器件的饱和输出电流和跨导，并增大膝点电压，最终导致器件输出功率、增益、功率附加效率的退化。额外的损耗也会是器件的沟道温度升高，影响器件的稳定性。

目前国际上采用的降低GaN基器件的欧姆接触大小的方法主要是有源区域再生长，势垒层离子注入和刻蚀减薄势垒层厚度的方法，但存在以下不足：

源、漏再生长的成本较高，技术难度较大，工艺时间也较长；

离子注入方法成本过高，且AlGaN势垒层本身较薄，离子注入难度较大；

势垒层厚度减薄会导致二维电子气的大量损耗。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的缺点，提出一种基于热退火掺杂工艺的低阻态氮化镓基器件及其制作方法，以减少源漏接触电阻，提高器件在高频下的频率特性，获得高性能的微波功率器件。

基于上述目的本发明提供的基于热退火掺杂工艺的低阻态氮化镓基器件，包括依次设置的衬底层、成核层、缓冲层，还包括势垒层；所述势垒层上设有源电极、漏电极和栅电极，所述势垒层上还设置有半导体薄膜，所述低阻态氮化镓基器件为通过热退火掺杂工艺处理过的氮化镓基器件。

可选的，所述半导体薄膜采用Si或Ge材料，其厚度为0.01nm-2nm。

同时，本发明还提供一种基于热退火掺杂工艺的低阻态氮化镓基器件的制作方法，包括如下步骤：

在衬底基片上，利用金属氧化物化学气相沉积工艺，依次生长成核层、缓冲层、势垒层；

在势垒层上光刻出源电极图形区域和漏电极图形区域，采用电子束蒸发工艺，在源电极图形区域和漏电极图形区域蒸发生长半导体薄膜，形成器件样本；并使用快速退火炉，对所述器件样本进行热退火掺杂；

在所述势垒层上再次光刻出源电极图形区域和漏电极图形区域，采用电子束蒸发工艺，在源电极图形区域和漏电极图形区蒸发欧姆接触金属，在源极图形区域中形成源极，在漏极图形区域中形成漏极；

采用感应耦合等离子刻蚀设备，将所述势垒层的台面刻蚀至缓冲层；