本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的背勢(shì)壘GaN HEMT結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
硅基芯片經(jīng)歷幾十年發(fā)展，隨著Si基CMOS尺寸不斷縮小，其頻率性能也不斷提高，預(yù)計(jì)特征尺寸達(dá)到25nm時(shí)，其fT可達(dá)490GHz。但Si材料的Johnson優(yōu)值僅為0.5 THzV, 尺寸的縮小Si CMOS器件的擊穿電壓將遠(yuǎn)小于1V，這極大地限制了硅基芯片在超高速數(shù)字領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來(lái),人們不斷地尋找其替代品，由于寬禁帶半導(dǎo)體氮化鎵(GaN)材料具有超高的Johnson優(yōu)值（5 THzV）, 其器件溝道尺寸達(dá)到10nm量級(jí)時(shí)，擊穿電壓仍能保持10 V左右，已逐漸的引起了國(guó)內(nèi)外廣泛的重視。在要求高轉(zhuǎn)換效率和精確閾值控制、寬帶、大動(dòng)態(tài)范圍的電路（如超寬帶ADC、DAC）數(shù)字電子領(lǐng)域具有廣闊和特殊的應(yīng)用前景，支持國(guó)防通信、機(jī)載和空間系統(tǒng)。GaN 基數(shù)字邏輯器件成為近幾年超高速半導(dǎo)體領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，正成為Si CMOS高速電路在數(shù)模和射頻電路領(lǐng)域的后續(xù)發(fā)展中的有力競(jìng)爭(zhēng)者, 是國(guó)家重點(diǎn)支持的尖端技術(shù)，堪稱(chēng)信息產(chǎn)業(yè)的“心臟”。
目前，基于GaN HEMT的邏輯器件的加工尺度已進(jìn)入了GaN納電子的范疇，fT已達(dá)到190 GHz，正向fT為300 GHz到500 GHz進(jìn)軍，成為第三代半導(dǎo)體發(fā)展中的一個(gè)新的機(jī)遇，在超高速領(lǐng)域具有非常廣闊的發(fā)展?jié)摿?。但是，?duì)于這些傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)本身而言，其中大柵漏電流是阻礙器件性能提高和實(shí)際應(yīng)用的主要瓶頸，普通 AlGaN/GaN HEMT器件緩沖層內(nèi)泄漏電流過(guò)大導(dǎo)致器件提前擊穿的問(wèn)題目前一直沒(méi)有得到解決。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型實(shí)施例通過(guò)提供一種雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的背勢(shì)壘GaN HEMT結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中AlGaN/GaN HEMT器件緩沖層內(nèi)泄漏電流過(guò)大導(dǎo)致器件提前擊穿的技術(shù)問(wèn)題。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的背勢(shì)壘GaN HEMT結(jié)構(gòu)，由下至上依次包括：襯底、SiN/AlN成核層、AlGaN緩沖層、GaN溝道層、GaN緩沖層、AlGaN勢(shì)壘層、GaN 帽層。
進(jìn)一步地，還包括在所述GaN 帽層上，采用光刻和蒸發(fā)Ti/Al/Ni/Au中任意一種金屬形成源漏電極金屬。
進(jìn)一步地，還包括：在所述GaN 帽層上，光刻和采用Cl2進(jìn)行ICP干法刻蝕隔離，刻蝕GaN帽層和AlGaN勢(shì)壘層，直到GaN 緩沖層，形成一個(gè)臺(tái)面隔離區(qū)。
進(jìn)一步地，在所述臺(tái)面隔離區(qū)內(nèi)光刻和蒸發(fā)Pt/ Au中任意一種金屬，經(jīng)剝離工藝形成柵極金屬，與所述AlGaN勢(shì)壘層形成肖特基接觸。
采用本實(shí)用新型中的一個(gè)或者多個(gè)技術(shù)方案，具有如下有益效果：
1、本實(shí)用新型中該期間可與常規(guī)硅基CMOS高速邏輯電路期間工藝兼容，極大的拓寬GaN期間在數(shù)字電路領(lǐng)域的應(yīng)用。
2、該背勢(shì)壘HEMT器件結(jié)構(gòu)可有效的增強(qiáng)GaN器件二維電子氣。
3、該器件中AlGaN緩沖層相比GaN緩沖層有著更大的禁帶寬度和更高的臨界擊穿電場(chǎng)，使得該器件有著更好的載流子限域性和夾斷特性。
4、該器件結(jié)構(gòu)能夠很好地解決普通AlGaN/GaN HEMT 緩沖層內(nèi)泄漏電流過(guò)大導(dǎo)致器件提前擊穿的問(wèn)題。
5、該器件能進(jìn)一步提升寬禁帶半導(dǎo)體器件的性能，又可大幅度降低成本，在數(shù)模和RF電路應(yīng)用中擁有巨大的潛力。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的背勢(shì)壘GaN HEMT結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的背勢(shì)壘GaN HEMT結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中AlGaN/GaN HEMT器件緩沖層內(nèi)泄漏電流過(guò)大導(dǎo)致器件提前擊穿的技術(shù)問(wèn)題。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖以及具體的實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種一種雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的背勢(shì)壘GaN HEMT結(jié)構(gòu)，如圖1所示，由下至上依次包括：襯底10、SiN/AlN成核層20、AlGaN緩沖層30、GaN溝道層40、GaN緩沖層50、AlGaN勢(shì)壘層60、GaN 帽層70。
在具體的實(shí)施方式中，還包括：在該GaN 帽層70上，采用光刻和蒸發(fā)Ti/Al/Ni/Au中任意一種金屬形成源漏電極金屬。源漏電極金屬分別位于左右兩側(cè)。還包括：在該GaN 帽層上，光刻和采用Cl2進(jìn)行ICP干法刻蝕隔離，刻蝕GaN帽層和AlGaN勢(shì)壘層，直到GaN 緩沖層，形成一個(gè)臺(tái)面隔離區(qū)。還包括在臺(tái)面隔離區(qū)內(nèi)光刻和蒸發(fā)Pt/ Au中任意一種金屬，經(jīng)剝離工藝形成柵極金屬，與AlGaN勢(shì)壘層形成肖特基接觸。從而形成有源區(qū)。
具體地，該襯底10的材料具體為Si、SiC、GaN、藍(lán)寶石、Diamond中的任意一種，主要作用為支撐材料。該SiN/AlN成核層20不摻雜，厚度為400~800nm，用于吸收Si襯底與后續(xù)外延層之間因晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力，避免產(chǎn)生晶格馳豫。該AlGaN緩沖層是Si襯底到GaN溝道之間的緩沖層，用于吸收Si襯底與后續(xù)外延層之間因?yàn)榫Ц袷洚a(chǎn)生的應(yīng)力，其中，Al的含量為5%。該GaN溝道層采用MOCVD生長(zhǎng)，用于在低場(chǎng)下為二維電子氣提供導(dǎo)電溝道。
該AlGaN勢(shì)壘層采用MOCVD方法生長(zhǎng)，厚度為1.5nm，用于和柵極金屬形成肖特基接觸。該GaN帽層不摻雜，采用MOCVD在勢(shì)壘層AlN上生長(zhǎng)Si襯底到GaN溝道層之間的緩沖層，采用GaN，不摻雜，厚度為1nm~3nm。
具體的有益效果：
1、本實(shí)用新型中基于硅襯底的GaN HEMT器件結(jié)構(gòu)可與常規(guī)Si基CMOS高速邏輯電路器件工藝兼容，極大的拓寬GaN器件在數(shù)字電路領(lǐng)域的應(yīng)用。
2、該器件可有效的增強(qiáng)GaN器件二維電子氣。
3、該器件中AlGaN緩沖層相比GaN緩沖層有著更大的禁帶寬度和更高的臨界擊穿電場(chǎng)，使得該器件有著更好的載流子限域性和夾斷特性。
4、該器件結(jié)構(gòu)可很好地解決了普通 AlGaN/GaN HEMT 緩沖層內(nèi)泄漏電流過(guò)大導(dǎo)致器件提前擊穿的問(wèn)題。
5、該器件基于硅襯底的GaN技術(shù)既能進(jìn)一步提升寬禁帶半導(dǎo)體器件的性能，又可大幅度降低成本，在數(shù)模和RF電路應(yīng)用中擁有巨大的潛力。
盡管已描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本實(shí)用新型范圍的所有變更和修改。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。