[发明专利]基于肖特基-欧姆混合漏电极的单片异质集成Cascode晶体管及制作方法

说明书

本发明公开了一种基于肖特基‑欧姆混合漏电极的单片异质集成Cascode晶体管，主要解决现有单片异质集成的Cascode结构场效应晶体管击穿特性较差的问题。其包括：衬底(1)、GaN缓冲层(2)、AlGaN势垒层(3)和SiN隔离层(4)，该SiN隔离层的中间刻有隔离槽(15)；隔离槽的一侧印制有Si有源层(5)，以制备Si金属氧化物半导体场效应晶体管；隔离槽的另一侧制备GaN高电子迁移率晶体管，第二漏电极(8)部分区域与AlGaN势垒层形成欧姆接触，剩余区域与AlGaN势垒层形成肖特基接触。本发明提升了单片异质集成的Cascode结构场效应晶体管的击穿特性，可用于高压电源开关。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种单片异质集成Cascode晶体管，可用

于高压电源开关。

技术背景

自20世纪90年代以来GaN作为第三代半导体材料的代表，在高压、高频和大功率器件领域中展现出了出色的性能。GaN是宽禁带半导体材料，其器件可以承受更高的工作电压，具有更低的导通电阻和更小的输入输出电容，从而保证了GaN器件的高电流水平和较低的损耗，提高了器件的频率特性。基于GaN材料的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管很容易实现异质结构，可以产生高浓度的二维电子气，具有高电子迁移率和高击穿电场。根据上述特性，GaN高电子迁移率晶体管器件经常被用于电力电子领域与微波领域。

由于增强型GaN高电子迁移率晶体管比耗尽型GaN高电子迁移率晶体管更适合在电路中使用，所以设计增强型GaN高电子迁移率晶体管便成为了人们的目标。目前实现增强型 GaN高电子迁移率晶体管器件比较常用的方法就是采用由低压增强型Si金属氧化物半导体场效应晶体管和高压耗尽型GaN高电子迁移率晶体管组成的Cascode结构，如图1所示。该结构中通过控制Si金属氧化物半导体场效应晶体管的栅源电压来控制GaN高电子迁移率晶体管的导通，如此实现增强型GaN高电子迁移率晶体管正栅压导通。

在Cascode结构中，高压耗尽型GaN高电子迁移率晶体管的漏电极通常采用形成欧姆接触的金属，经过高温退火，金属与半导体材料界面形成欧姆接触。而快速退火工艺在界面形成合金时会产生金属尖刺，随着GaN器件漏电极电压的不断升高，漏电极的金属尖刺会引发电场尖峰，导致泄露电流急剧增大，从而造成Cascode晶体管的击穿特性下降，限制了其在功率器件领域的应用。

近年来，有研究人员采用形成肖特基接触的金属对GaN高电子迁移率晶体管的漏电极进行定义，虽然提高了器件的击穿电压，但是由于漏电极引入了肖特基势垒，导致器件在正向导通时呈现出类似于二极管正向导通机理，从而造成Cascode晶体管应用困难。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于肖特基-欧姆混合漏电极的单片异质集成Cascode晶体管及制作方法，以使单片异质集成的Cascode晶体管在正向导通特性不受影响的条件下，击穿特性得到提高。

为实现上述目的，本发明的基于肖特基-欧姆混合漏电极的单片异质集成Cascode晶体管，其自下而上包括：衬底、GaN缓冲层、AlGaN势垒层和SiN隔离层，SiN隔离层的中间刻有深至GaN缓冲层的隔离槽；该隔离槽一侧的SiN隔离层上设有Si有源层，Si有源层上的两边设第一源电极和第一漏电极，该源、漏电极之间设有栅介质层，栅介质层上设有第一栅电极，形成Si金属氧化物半导体场效应晶体管的；所述隔离槽另一侧的AlGaN势垒层上横向依次设有第二源电极、第二栅电极和第二漏电极，形成GaN高电子迁移率晶体管，其特征在于：

第二漏电极的部分区域采用钛、铝、镍和金叠层结构，且钛金属与AlGaN势垒层形成欧姆接触；

第二漏电极的剩余区域采用镍和金叠层，且镍金属与AlGaN势垒层形成肖特基接触，且肖特基接触区域的金属覆盖在整个欧姆接触区域的金属上，以降低欧姆接触产生的金属尖刺对器件击穿特性的影响和肖特基势垒对器件正向导通特性的影响，提高击穿特性。