[发明专利]一种基于极化效应的复合场板高性能AlGaN/GaNHEMT器件结构及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其是涉及一种基于极化效应的复合场板高性能AlGaN/GaNHEMT器件结构及其制作方法。 

背景技术

近年来以SiC和GaN为代表的第三带宽禁带隙半导体以其禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、饱和电子速度大和异质结界面二维电子气浓度高等特性，使其受到广泛关注。在理论上，利用这些材料制作的高电子迁移率晶体管MISHEMT、发光二极管LED、激光二极管LD等器件比现有器件具有明显的优越特性，因此近些年来国内外研究者对其进行了广泛而深入的研究，并取得了令人瞩目的研究成果。 

AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管MISHEMT在高温器件及大功率微波器件方面已显示出了得天独厚的优势，追求器件高频率、高压、高功率吸引了众多的研究。近年来，制作更高频率高压AlGaN/GaNMISHEMT成为关注的又一研究热点。由于AlGaN/GaN异质结生长完成后，异质结界面就存在大量二维电子气2DEG，并且其迁移率很高，因此我们能够获得较高的器件频率特性。在提高AlGaN/GaN异质结电子迁移率晶体管击穿电压方面，人们进行了大量的研究，发现AlGaN/GaNMISHEMT器件的击穿主要发生在栅靠漏端，因此要提高器件的击穿电压，必须使栅漏区域的电场重新分布，尤其是降低栅靠漏端的电场，为此，人们提出了采用场板结构的方法：参见Yuji Ando,Akio Wakejima,Yasuhiro Okamoto等的Novel AlGaN/GaN dual-field-plate FET with high gain,increased linearity and stability,IEDM2005,pp.576-579,2005。在AlGaN/GaN MISHEMT器件中采用场板结构，将器件的击穿电压有一个大幅度的提高，并且降低了栅漏电容，提高了器件的线性度和稳定性。 

发明内容

本发明为了克服上述的不足，提供了一种采用场板结构和偶极子层对栅极靠近漏极端的电场进行调制的基于极化效应的复合场板高性能AlGaN/GaN HEMT器件结构及其制作方法。 

本发明的技术方案如下： 

基于极化效应的复合场板高性能AlGaN/GaN HEMT器件结构，从下往上依次包括衬底、GaN缓冲层、AlN隔离层、GaN沟道层、AlGaN本征层和AlGaN掺杂层，所述AlGaN掺杂层上间隔设有源极、有机绝缘层和漏极，所述有机绝缘层上设有ITO栅电极，有机绝缘层与源极相邻的一侧也设有ITO，该有机绝缘层一侧的ITO与AlGaN掺杂层之间还设有一层栅介质；所述源极与有机绝缘层侧面的ITO之间设有钝化层，漏极与有机绝缘层之间也设有钝化层。 

所述衬底材料为蓝宝石、碳化硅、GaN或MgO。 

所述AlGaN掺杂层中Al的组分含量在0～1之间，Ga的组分含量与Al的组分含量之和为1。 

所述有机绝缘层为PTFE层，且PTFE层的厚度为200～300nm。 

所述钝化层中包括SiN、Al₂O₃、HfO₂和HfSiO中的一种或多种。 

所述栅介质层中包括SiN、Al₂O₃、HfO₂和HfSiO中的一种或多种。 

本发明是这样实现的：在栅极靠漏极边缘附近淀积有机绝缘层PTFE，然后在PTFE结构上淀积ITO栅电极，此时会在PTFE表面产生偶极子层，在PTFE与ITO一侧会产生正极化电荷，PTFE与AlGaN一侧会产生负极化电荷，从而对 下方的2DEG浓度产生了耗尽作用，导致了2DEG浓度的减小，增加了栅电极反偏状态下沟道区域的耗尽长度，从而提高了耗尽型器件的击穿电压。 

上述基于极化效应的复合场板高性能AlGaN/GaNHEMT器件结构的制作步骤如下： 

(1)对外延生长的AlGaN/GaN材料进行有机清洗，用流动的去离子水清洗再放入HCl:H2O＝1:1的溶液中腐蚀30～60s，最后用流动的去离子水清洗并用高纯氮气吹干； 

(2)对清洗干净的AlGaN/GaN材料进行光刻和干法刻蚀，形成有源区台面； 

(3)对制备好台面的AlGaN/GaN材料进行光刻，形成源漏区，放入电子束蒸发台中淀积欧姆接触金属Ti/Al/Ni/Au＝20/120/45/50nm，并进行剥离，最后在氮气环境中进行850℃，35s的快速热退火，形成欧姆接触；