柵極與源漏極異面的GaN基HEMT的結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種柵極與源漏極異面的GaN基異面柵極結(jié)構(gòu)HEMT與其制作工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來GaN基電力電子器件吸引了許多人的注意。然而GaN基HEMT的柵極漏電流一直是一個(gè)限制GaN基HEMT性能的原因。其中，由于HEMT通常為表面器件，所以表面漏電流是柵極漏電流的一個(gè)主要來源。另外，電力電子器件的正向?qū)娮枰彩且粋€(gè)重要的性能參數(shù)。較低的正向?qū)娮瑁梢杂行У慕档碗娏﹄娮悠骷谑褂眠^程中的電能損耗。由于常見的GaN基HEMT的柵極處于源漏電極，器件的源漏極間距存在著限制，難以縮短。源漏極間距與正向?qū)娮璩烧?，所以常見GaN基HEMT的正向?qū)娮璐嬖谥粋€(gè)限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出了本發(fā)明公開了柵極與源漏極異面的GaN基HEMT的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以減少柵極表面漏電流，并通過縮短源漏電極間距減少正向?qū)娮瑁瑥亩鴾p少GaN基HEMT在使用中的電能損耗。
[0004]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0005]柵極與源漏極異面的GaN基HEMT結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包含位于襯底上的GaN基HEMT外延結(jié)構(gòu)，在所述外延結(jié)構(gòu)上具有柵極、源漏極、漏電極，其中在柵極與外延結(jié)構(gòu)之間存在一個(gè)介質(zhì)層，在柵極上表面存在一個(gè)電鍍銅襯底。此結(jié)構(gòu)的主要特征為，柵極處于不同于源漏極所在平面的另一平面，可以用于實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型或耗盡型GaN基HEMT。
[0006]上述結(jié)構(gòu)中，襯底材料可以采用藍(lán)寶石或氮化鎵；電極金屬與轉(zhuǎn)移襯底可以使用N1、Al、Au、Pt、T1、Cr、Cu或W等金屬及其復(fù)合金屬體系制作，電極金屬俯視面積
[0007]介質(zhì)層材料為A1203、Si02、Hf02、HfT1、Zr02、SiNx、SiNO 或 MgO。
[0008]本發(fā)明提出了本發(fā)明公開了柵極與源漏極異面的GaN基HEMT的制作方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1.在襯底表面外延生長GaN基HEMT外延結(jié)構(gòu)；
[0010]步驟2.在勢皇層上表面(外延方向?yàn)樯?制作介質(zhì)層；
[0011]步驟3.在介質(zhì)層表面制作一個(gè)金屬電極，作為柵極，并制作一個(gè)厚導(dǎo)電層作為轉(zhuǎn)移襯底；
[0012]步驟4.在溝道層下表面(外延方向?yàn)樯?制作兩個(gè)電極，作為源極與漏極；
[0013]本發(fā)明提供的柵極與源漏極異面的GaN基HEMT的結(jié)構(gòu)，由于柵極與源漏電極處于不同的表面，從而徹底阻斷了柵極表面漏電通道。同時(shí)，由于柵極位置的改變，源漏電極可以安置的比常見HEMT更加接近，從而減少正向?qū)娮?。由于正向?qū)娮璧慕档停赃@種新結(jié)構(gòu)晶體管在使用時(shí)，電能損耗將相對減少。
【附圖說明】
[0014]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，其中:
[0015]圖1是柵極與源漏極異面的GaN基HEMT結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是柵極與源漏極異面的GaN基耗盡型(常開型)HEMT襯底剝離前結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3是柵極與源漏極異面的GaN基增強(qiáng)型(常關(guān)型)HEMT襯底剝離前結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]柵極與源漏極異面的GaN基HEMT結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包含位于襯底上的GaN基HEMT外延結(jié)構(gòu)1、2，在所述外延結(jié)構(gòu)上具有柵極4、源漏極6、漏電極7，其中在柵極與外延結(jié)構(gòu)之間存在一個(gè)介質(zhì)層3，在柵極上表面存在一個(gè)電鍍銅襯底5。此結(jié)構(gòu)的主要特征為，柵極處于不同于源漏極所在平面的另一平面，可以用于實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型或耗盡型GaN基HEMT。
[0019]襯底材料可以采用藍(lán)寶石或氮化鎵；電極金屬與轉(zhuǎn)移襯底可以使用N1、Al、Au、Pt、T1、Cr、Cu或W等金屬及其復(fù)合金屬體系制作，電極金屬俯視面積介質(zhì)層材料為A1203、Si02、Hf02、HfT1、Zr02、SiNx、SiNO 或 MgO0
[0020]實(shí)施例1
[0021]以藍(lán)寶石材料為襯底的柵極與源漏極異面的GaN基耗盡型(常開型)HEMT制作步驟如下:
[0022]步驟1.層8為藍(lán)寶石襯底，利用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀技術(shù)外延生長層9緩沖層、層1GaN溝道層與層IlAlGaN勢皇層，形成異質(zhì)結(jié)。其中勢皇層的鋁組份可選擇為26%，層10與層11為本征材料，厚度分別為3um與20nm。
[0023]步驟2.在外延片上表面(AlGaN面)制作層12介質(zhì)層，可以選用低壓力化學(xué)氣相沉積法沉積20nm SiN0
[0024]步驟3.在介質(zhì)層上制作層13柵極金屬，金屬可以選擇Ni與Au，利用金屬蒸鍍技術(shù)先蒸鍍20nm Ni，然后再蒸鍍200nm Au。
[0025]步驟4.通過襯底剝離或轉(zhuǎn)移襯底技術(shù)，在層13上電鍍制作層14銅襯底，并使用激光剝離技術(shù)，去除外延片下表面的層8藍(lán)寶石襯底。在去除了藍(lán)寶石襯底后，制作層6源極與層7漏極于層IGaN層(同圖2層9)下表面(外延方向?yàn)樯?。
[0026]實(shí)施例2
[0027]以氮化鎵材料為襯底的柵極與源漏極異面的GaN基耗盡型(常開型)HEMT制作步驟如下:
[0028]步驟1.層8為GaN襯底，利用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀技術(shù)外延生長層9緩沖層、層1GaN溝道層與層IlAlGaN勢皇層，形成異質(zhì)結(jié)。其中勢皇層的鋁組份可選擇為26%，層10與層11為本征材料，厚度分別為3um與20nm。
[0029]步驟2.在外延片上表面(AlGaN面)制作層12介質(zhì)層，可以選用低壓力化學(xué)氣相沉積法沉積20nm SiN0
[0030]步驟3.在介質(zhì)層上制作層13柵極金屬，金屬可以選擇Ni與Au，利用金屬蒸鍍技術(shù)先蒸鍍20nm Ni，然后再蒸鍍200nm Au。
[0031]步驟4.在層13上電鍍制作層14銅襯底，再利用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)，刻蝕GaN襯底。在去除了 GaN襯底后，制作層6源極與層7漏極于層IGaN層(同圖2層10)下表面(外延方向?yàn)樯?。
[0032]實(shí)施例3
[0033]以藍(lán)寶石材料為襯底的柵極與源漏極異面的GaN基增強(qiáng)型(常關(guān)型)HEMT制作步驟如下:
[0034]步驟1.層15為藍(lán)寶石襯底，利用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀技術(shù)外延生長層16緩沖層、層17GaN溝道層與層ISAlGaN勢皇層，形成異質(zhì)結(jié)。其中勢皇層的鋁組份可選擇為26%，層17與層18為本征材料，厚度分別為3um與20nm。
[0035]步驟2.在外延片上表面(AlGaN面)，利用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀技術(shù)外延生長