[发明专利]一种抗辐照GaN基高电子迁移率晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种抗辐照GaN基高电子迁移率晶体管及其制备方法，晶体管结构包含衬底、缓冲层、沟道层、势垒层、源极、漏极、栅极、第一钝化层和第二钝化层。本发明针对常规GaN HEMT经过高能粒子辐照后器件性能退化明显的问题，通过引入具有高位移阈能的钛酸钡等作为第二钝化层，可以有效屏蔽高能粒子对势垒层与沟道层的绝大部分辐照影响，提升GaN HEMT器件在航空航天、通信卫星、太空探测等领域极端环境条件下的工作可靠性。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别是一种抗辐照GaN基高电子迁移率晶体管及其制备方法。

背景技术

近年来，第三代半导体GaN因其具有宽带隙、高击穿场强、高饱和电子漂移速度等优异的物理特性，在无线通信、电力系统、光电探测等领域具有重要的应用前景。作为宽禁带半导体，GaN中Ga原子与N原子的理论位移阈能分别为20.5eV与10.8eV，远高于GaAs等理论值，具有优异的抗辐射特性。

然而，当前材料外延质量与器件工艺水平等因素的影响，使得GaN HEMT在γ射线、电子、质子和中子等高能粒子辐照下的器件输出特性退化明显，抗辐照性能远未达到理论水平，极大限制了GaN HEMT器件在航空航天、通信卫星、太空探测等领域极端环境条件下的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗辐照GaN基高电子迁移率晶体管及其制备方法，采用双钝化层结构，借助具有高位移阀能的钛酸钡等作为抗辐照加固层，可有效屏蔽高能粒子对势垒层与沟道层的辐照影响，提升GaN HEMT器件的抗辐照能力。

实现本发明目的的技术方案为：一种抗辐照GaN基高电子迁移率晶体管，该晶体管结构自下而上依次包括衬底、缓冲层、沟道层和势垒层，所述势垒层的上方依次平行设有源极、栅极与漏极，第一钝化层和第二钝化层依次覆盖于势垒层、源极、漏极和栅极的上方且在源极、漏极、栅极对应的位置处开设有与外界进行电接触的窗口。

进一步的，所述衬底为Si、蓝宝石、SiC、金刚石和GaN自支撑衬底中的任一种。

进一步的，所述缓冲层为GaN、AlN、AlGaN中的一种或多种组成的单层或多层结构。

进一步的，所述沟道层为GaN、AlGaN、AlN中的一种。

进一步的，所述势垒层为AlGaN、AlInN、AlN、AlInGaN中的一种。

进一步的，所述源极和漏极的金属分别为Ti-Al合金、Ti-Al-Ti-TiN合金、Ti-Al-Ti-Au合金、Ti-Al-Ni-Au合金、Ti-Al-Mo-Au合金中的一种，可相同或不同。

进一步的，所述栅极为W、Ni、Pt、TiN、Ni-Au合金、Pt-Al合金中的一种。

进一步的，所述第一钝化层为SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、Ga₂O₃、HfO₂、金刚石中的一种或几种。

进一步的，所述第二钝化层为BaTiO₃、SrTiO₃、PZT、HfZrO_x、BiFeO₃中的一种或几种。

一种抗辐照GaN基高电子迁移率晶体管的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，在衬底的上方利用外延生长方法依次生长缓冲层、沟道层、势垒层；

步骤2，在所述势垒层的上方定义源极和漏极的掩模，通过蒸发或溅射方式沉积欧姆金属，剥离工艺形成源极和漏极，并通过退火工艺形成欧姆接触，所述掩模的制作方式为光学光刻或电子束直写方式；