[发明专利]GaN高电子迁移率异质结结构及制备方法、二极管、晶体管

说明书

本发明涉及一种GaN高电子迁移率异质结结构及制备方法、二极管、晶体管，异质结结构包括：衬底、复合缓冲区、沟道层、复合势垒区、凹槽、重掺杂半导体接触区和欧姆接触电极，衬底、复合缓冲区、沟道层、复合势垒区依次层叠；凹槽贯穿复合势垒区且位于沟道层中；重掺杂半导体接触区填充在凹槽中，重掺杂半导体接触区的材料为n型重掺杂非三族氮化物材料；欧姆接触电极位于重掺杂半导体接触区上。该GaN高电子迁移率异质结结构中重掺杂半导体接触区选择与GaN的导带底能级相近的非三族氮化物半导体材料，有利于实现金属电极与GaN结构二维电子气之间较低的欧姆接触阻值，同时能够减少欧姆接触工艺步骤对晶圆的负面影响，提高器件的良率和可靠性。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种GaN高电子迁移率异质结结构及制备方法、二极管、晶体管。

背景技术

氮化镓与其他三族氮化物材料具有众多优异特性，包括宽带隙、高迁移率、高电子饱和速度等。三族氮化物材料有很高的极化系数，因而所构成的异质结处亦能诱导生成极高的二维电子气浓度。氮化镓高电子迁移率晶体管，其结构以氮化镓异质结为核心，具有导通电阻低、能量转换效率高、耐高温、抗辐射、输出功率高等优点，已广泛应用于卫星、雷达、通信基站等射频系统，以及电动汽车、电网等电力系统，未来应用前景广阔。

要制造高性能的氮化镓高电子迁移率晶体管、二极管，需要保证GaN高电子迁移率异质结与金属接触电极之间能够形成低阻值的欧姆接触。目前，使得GaN异质结形成欧姆接触的常用结构设计与制备技术包括以下两种：

一、在GaN异质结结构上沉积金属，典型的制备方法例如：沉积Ti/Al/Ni/Au多层金属结构，然后在惰性气体(如N₂)气氛中退火。完成退火后，多层金属结构中Ti/Al/Ni/Au形成合金；GaN异质结结构中的氮扩散到多层金属结构中，和Ti/Al形成TiN/AlN，使得GaN异质结结构中的势垒层和沟道层内部产生大量的氮空位；大量的氮空位相当于施主离子，所产生的效果类似于对势垒层和沟道层进行n型高掺杂，这种类掺杂效应使得金属和半导体异质结势垒层之间能够形成较好的欧姆接触。这种技术目前是制备AlGaN/GaN异质结结构的欧姆接触的主流技术，其制备的欧姆接触结构可实现较低的接触电阻值(Rc～0.3Ω)。但这种制备技术需要较高的退火温度，一般退火温度在800-900度之间。另一方面，这种制备技术也很难进一步降低欧姆接触阻值，难于实现Rc0.15Ω，特别是对于具有高铝组分AlGaN势垒层和AlN势垒层结构的GaN异质结而言，更难于实现较好的欧姆接触。

二、在GaN异质结结构上制作凹槽，凹槽中沉积金属，使得金属和二维电子气之间直接形成接触。此技术相对于第一种技术，改进了器件结构，能够进一步降低欧姆接触电阻值，但降低幅度有限，一般获得的阻值Rc0.25Ω。此外，由于此技术需要进行凹槽刻蚀，使得欧姆接触的效果受到凹槽刻蚀的工艺参数、侧墙角度，GaN异质结质量等因素的影响，同时新增加的光刻工艺、刻蚀工艺具有较窄的工艺窗口。以上因素均会影响产品的良率。

综上，目前GaN异质结形成欧姆接触的结构设计与制备技术主要存在器件良率和可靠性与低阻值的欧姆接无法同时实现的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种GaN高电子迁移率异质结结构及制备方法、二极管、晶体管。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于欧姆接触的GaN高电子迁移率异质结结构，包括：衬底、复合缓冲区、沟道层、复合势垒区、凹槽、重掺杂半导体接触区和欧姆接触电极，其中，

所述衬底、所述复合缓冲区、所述沟道层、所述复合势垒区依次层叠；

所述凹槽贯穿所述复合势垒区且位于所述沟道层中；

所述重掺杂半导体接触区填充在所述凹槽中，所述重掺杂半导体接触区的材料为n型重掺杂非三族氮化物材料，且所述非三族氮化物半导体材料的导带底能级与GaN的导带底能级之间的差值范围为0.5～1eV；