[发明专利]一种新型增强型A1GaN/GaN HEMT器件的实现方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体材料、器件制作工艺技术。具体地说是一种新型增强型AlGaN/GaN HEMT器件的实现方法，可用于高温高频大功率场合、大功率开关以及数字电路中。

背景技术

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、击穿场强高和导热性能好等特点，可用于制作高温、高频及大功率电子器件。更重要的是，GaN基材料可以形成调制掺杂的AlGaN/GaN异质结构，该结构在室温下可以获得很高的电子迁移率，极高的峰值电子速度和饱和电子速度，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。因此，基于AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管HEMT在大功率微波器件方面具有非常好的应用前景。1994年至今，AlGaN/GaN异质结材料的生长和AlGaN/GaN HEMT器件的研制始终占据着GaN电子器件研究的主要地位。然而十几年来针对GaN基电子器件研究的大部分工作集中在耗尽型AlGaN/GaN HEMT器件上，这是因为与基于InP和GaAs的异质结构相比，AlGaN/GaN异质结构中较强极化电荷的存在，使得制造基于GaN的增强型器件变得十分困难，关于这一方面的报道也较少。

增强型AlGaN/GaN HEMT器件具有广阔的应用前景。首先增强型HEMT器件和耗尽型HEMT器件结合形成的倒相器在高温、抗辐射等数字电路中具有很大的应用前景。同时增强型AlGaN/GaN HEMT器件在微波大功率器件和电路也具有很大的应用潜力和很好的电路兼容性，因为目前的微波功率放大器大多采用的还是Si基和GaAs基增强型器件。而且作为功率开关应用，增强型AlGaN/GaN HEMT器件也备受关注。因而研究高性能增强型AlGaN/GaN HEMT器件具有非常重要的意义。

目前，不管是国内和国际上，很少有人采用传统的势垒层P型Mg掺杂技术来研制增强型AlGaN/GaN HEMT器件。这是因为，首先，Mg掺杂的工艺技术尚不成熟；其次，Mg在AlGaN中激活能很高，需要很高的退火温度将之激活。因此，当前国际上关于AlGaN/GaN增强型HEMT器件的报道也都是避开了P型重掺杂势垒层的方法，而是采用了一些新的方法。这些方法包括：

2001年，美国伊利诺伊大学的Kurnar等人采用凹栅技术也成功研制成了AlGaN/GaN增强型HEMT器件。他们在传统耗尽型AlGaN/GaN HEMT器件结构上做了稍微的改变，即在蓝宝石衬底上生长AlGaN/GaN异质结构后，并没有直接电子束蒸发形成栅极，而是先在预生长栅极区域通过在Cl₂/Ar等离子体中进行ICP-RIE刻蚀一个凹槽，快速热退火之后在凹栅窗口上制作Ni/Au肖特基接触栅极。通过凹槽深度的调整可以极大的耗尽沟道中的二维电子气。之后这种方法一直被采用。参见文献Kumar，V.，et al.：‘Recessed 0.25mm gateAlGaN＝GaN HEMTs on SiC with high gate-drain breakdown voltage using ICP-RIE’，Electron.Lett.2001，37，pp.1483-1485。2003年，他们又利用凹栅技术并通过结构优化，用MOCVD法在SiC衬底上成功制造了一微米栅长的高跨导增强型AlGaN/GaN HEMT。该器件的峰值本征跨导为248mS/mm，电流密度为470mA/mm，阈值电压为75mV，f_T为8GHz，f_Max为26 GHz。参见文献V.Kumar，A.Kuliev，T.Tanaka，Y.Otoki，and I.Adesida，“Hightransconductance enhancement-mode AlGaN/GaN HEMTs on SiC substrate，”Electron.Lett.，vol.39，no.24，pp.1758-1760，Nov.2003。