[发明专利]一种利用全固态电池实现增强型III-V HEMT器件的方法

说明书

本发明公开了一种利用全固态电池实现增强型III‑V HEMT器件的方法，在衬底上依次形成第二半导体层和第一半导体层并在所述第二半导体层和第一半导体层之间形成异质结构；源电极和漏电极通过形成于该异质结构中的二维电子气电连接；栅电极用于控制所述异质结构中二维电子气的导通或断开；还包括设置在所述源电极和栅电极之间的全固态电池，所述全固态电池由至少1组电池单元串联或串并联构成，用于使异质结构相应区域中二维电子气耗尽。本发明能有效实现增强型工作模式，此外，全固态电池是与微纳加工工艺兼容的，可以在器件的工艺过程中一次完成。同时，器件的阈值电压可通过串联固态电池的单元数来改变。

技术领域

本发明涉及微电子器件领域，特别涉及一种通过引入全固态电池和二极管对的组合结构(全固态电池组合结构)获得增强型III-V HEMT(High Electron MobilityTransistor，高电子迁移率晶体管)器件。

背景技术

随着技术进步，人们对于微电子器件的截止频率、功率密度、开关损耗等指标的要求越来越高，所有这些目标都吸引人们将目光聚焦于III-V HEMT器件。以最典型的AlGaN/GaN器件为例，由于多项性能优异，因此在5G通信、相控阵雷达、光伏发电、电动汽车等领域都有重要的应用。作为典型的III-V器件，由于晶体结构对称性的原因，在AlGaN/GaN基异质结中存在着较强的自发极化和压电极化，在天然情况下，即在异质结界面处形成高浓度的2DEG(2dimensional electron gas，二维电子气)，因此，天然的GaN基HEMT是耗尽型器件(又称常开型器件)，缺少增强型器件(又称常关型器件)。但是在实际应用中，增强型器件是必不可少的。如何获得增强型器件是一项具有挑战性的工作。现有的技术包括：(1)槽栅技术。刻蚀栅下的AlGaN，使栅下沟道二维电子气耗尽。(2)栅下引入PN结技术，也称GIT(gateinjection Trsansistor,栅下注入晶体管)器件。即在栅下重新生长一层P型AlGaN层，依靠pn结将势垒一侧的导带底拉高，使异质结界面的三角势阱高于费米能级，造成2DEG的耗尽。(3)F离子注入技术。该技术利用F离子体积小的特点，将带负电的F离子注入到栅下的势垒层中，造成2DEG的耗尽。

第一种技术难以获得精确的刻蚀深度，而且容易造成沟道的损伤。第二种技术，P型材料的生长使材料生长的成本显著提高。第三种技术难于精确控制，且存在可靠性的隐患。

故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种利用全固态电池获得增强型III-V HEMT器件的方法，将全固态电池技术引入微电子器件领域，利用电池在栅电极和源电极之间形成一个负电势，耗尽栅电极附近沟道中的电子，从而实现增强型器件。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种利用全固态电池实现增强型III-V HEMT器件的方法，包括以下工艺步骤：

(a)在选定衬底(1)上形成第二半导体层(2)和第一半导体层(3)并在所述第二半导体层(2)和第一半导体层(3)之间形成异质结构；

(b)在第一半导体层(3)上形成绝缘隔离层(4)；

(c)在有源区之外进行离子注入隔离，并去除绝缘隔离层(4)；

(d)在所述第一半导体层(3)上制作源电极(5)和漏电极(6)；所述源电极(5)和漏电极(6)通过形成于该异质结构中的二维电子气电连接；

(e)在所述绝缘隔离层(4)依次沉积生长正极集流体(7)、正极薄膜材料层(8)、全固态电解质(9)、负极薄膜材料层(10)和负极集流体(11)，进而形成全固态电池；

(f)在所述第一半导体层(3)上的有源区制作栅电极(12)，同时在有源区中制作二极管对(13、14)；