[发明专利]基于厚栅介质层电极一步成型的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于厚栅介质层电极一步成型的AlGaN/GaN MIS‑HEMT器件及其制备方法，基于厚栅介质层电极一步成型的AlGaN/GaN MIS‑HEMT器件，包括自下而上依次设置的衬底、AlN成核层、AlGaN或GaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层和厚绝缘栅介质层；厚绝缘栅介质层上刻蚀或腐蚀有源极区域和漏极区域，源极区域和漏极区域之间设有栅极区域，源极区域设有源电极，漏极区域设有漏电极，栅极区域设有栅电极，源电极、漏电极和栅电极一步成型，并一起经历欧姆电极的合金化退火工艺。本发明基于厚栅介质层电极一步成型的AlGaN/GaN MIS‑HEMT器件，源极、漏极、栅极同时蒸发同样的金属叠层，一步成型，大大简化了工艺制程，节省了成本，并且得到了高性能的AlGaN/GaN MIS‑HEMT器件；可以应用于高效功率开关以及射频器件中。

技术领域

本发明涉及一种基于厚栅介质层电极一步成型的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件及其制备方法，属于金属-氧化物-半导体场效应晶体管领域。

背景技术

GaN材料由于具有良好的半导体特性，使得基于该材料的AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)在功率与射频器件领域有着极大的应用前景。GaN材料的特性如下：(1)禁带宽度大：相比于Si(1.12eV)和GaAs(1.42eV)的禁带宽度，GaN的禁带宽度更大，为3.4eV，本征载流子浓度很低，使得器件可以在更高温的环境下工作；(2)临界击穿场强高：相比于Si(0.3MV/cm)和GaAs(0.4MV/cm)的临界击穿场强，GaN的临界击穿场强更大，为3.3MV/cm，使得相同材料厚度下，GaN器件能承受更大的电压；(3)电子迁移率高：相比于Si的电子迁移率1350cm²/V·s，AlGaN/GaN异质结界面处二维电子气(2DEG)的电子迁移率更高，为2000cm²/V·s，意味着器件具有较高的工作频率；(4)电子饱和漂移速度高：GaN的电子饱和漂移速度为2.5×10⁷cm/s,是Si的2.5倍，GaAs的约2倍，有利于器件获得更大的电流密度；(5)热导率高：Si的热导率为1.5W/K·cm，GaAs的热导率为0.5W/K·cm，GaN达到1.3W/K·cm，良好的热导率有利于散热，提高器件的稳定性，从而降低系统对冷却设备的要求，进而提高整个系统的稳定性；(6)抗辐照能力强：宇宙中充满了高能的粒子，在这些高能粒子的辐照下，Si基器件的寿命会大大缩短，GaN材料抗辐照的这一优势，使其在航天工业应用中具很大的优势。

AlGaN/GaN异质结结构是GaN功率三极管最常用的结构之一，由于强烈的自发极化和压电极化，AlGaN/GaN异质结界面会形成10¹³cm^-2量级的高浓度二维电子气(2DEG)，2DEG具有很高的电子迁移率，非常适合高功率和射频应用。

相比于常规肖特基栅极AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)，在栅金属叠层和AlGaN势垒层之间插入一层栅介质形成的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件具有栅极漏电低、栅压摆幅大、抗栅极浪涌电压能力强等优势，被广泛地研究和应用。

在常规的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件的制备中，源漏区域一般采用Ti/Al/Ni/Au或Ti/Al/Ti/Au的金属叠层，并经过高温退火形成欧姆接触，然后在栅区域采用Ni/Au金属叠层形成栅电极，电极制备过程复杂，需要分步进行，成本较高。在整晶圆的流片中，每一步的光刻和金属沉积都意味着数百万人民币的成本，因此简化工艺，节约成本，成为企业长久的关切和研究工作的重点。

发明内容

本发明提供一种基于厚栅介质层电极一步成型的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件及其制备方法，本发明简化了传统的两步法制备电极的工艺，极大的节省了生产成本，同时制备出高性能的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件。

本发明所采用的技术方案如下：