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掺杂HfO2 铁电栅的InAlNGaN HEMT器件

阅读：481发布：2020-05-11

专利汇可以提供掺杂HfO2 铁电栅的InAlNGaN HEMT器件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种掺杂HfO2 铁电栅的InAlNGaN HEMT器件，它涉及半导体功率器件制造技术领域。一种掺杂HfO2铁电栅介质的InAlNGaN HEMT器件它包含SiC衬底、GaN成核层、GaN 缓冲层、AlN插入层、InAlN势垒层、GaN帽层、栅介质层、SiN 钝化层、栅极、源极、漏极，SiC衬底上方形成GaN成核层，GaN成核层上方为GaN缓冲层，AlN插入层上表面形成InAlN势垒层，栅介质层设在GaN帽层上表面，栅介质层上表面形成栅极，源极设置在漏极左侧。采用上述技术方案后，本实用新型的有益效果为：它的设计合理，避免了逆压电效应的前提下，进一步降低栅漏电流，同时提高阈值电压。，下面是掺杂HfO2 铁电栅的InAlNGaN HEMT器件专利的具体信息内容。

权利要求

1.掺杂HfO2 铁电栅的InAlNGaN HEMT器件，其特征在于：它包含SiC衬底(1)、GaN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlN插入层(4)、InAlN势垒层(5)、GaN帽层(6)、栅介质层(7)、SiN 钝化层(8)、栅极(9)、源极(10)、漏极(11)，SiC衬底(1)上方形成GaN成核层(2)，GaN成核层(2)上方为GaN缓冲层(3)，AlN插入层(4)设在GaN缓冲层(3)上表面，AlN插入层(4)上表面形成InAlN势垒层(5)，InAlN势垒层(5)上表面形成GaN帽层(6)，栅介质层(7)设在GaN帽层(6)上表面，SiN 钝化层(8)形成在栅介质层(7)外侧，栅介质层(7)上表面形成栅极(9)，源极(10)设置在漏极(11)左侧。
2.根据权利要求1所述的掺杂HfO2铁电栅的InAlNGaN HEMT器件，其特征在于：所述的GaN成核层(2)的厚度为30nm。
3.根据权利要求1所述的掺杂HfO2铁电栅的InAlNGaN HEMT器件，其特征在于：所述的GaN缓冲层(3)的厚度为3μm。
4.根据权利要求1所述的掺杂HfO2铁电栅的InAlNGaN HEMT器件，其特征在于：所述的AlN插入层(4)的厚度为5nm。
5.根据权利要求1所述的掺杂HfO2铁电栅的InAlNGaN HEMT器件，其特征在于：所述的InAlN势垒层(5)的厚度为10nm。
6.根据权利要求1所述的掺杂HfO2铁电栅的InAlNGaN HEMT器件，其特征在于：所述的GaN帽层(6)的厚度为2nm。
7.根据权利要求1所述的掺杂HfO2铁电栅的InAlNGaN HEMT器件，其特征在于：所述的栅介质层(7)为材料，且栅介质层(7)的厚度为50nm。
8.根据权利要求1所述的掺杂HfO2铁电栅的InAlNGaN HEMT器件，其特征在于：所述的SiN钝化层(8)的厚度为150nm。
9.根据权利要求1所述的掺杂HfO2铁电栅的InAlNGaN HEMT器件，其特征在于：所述的栅极(9)为Ni/Au材料，Ni和Au的厚度分别为50nm、300nm。
10.根据权利要求1所述的掺杂HfO2铁电栅的InAlNGaN HEMT器件，其特征在于：所述的源极(10)和漏极(11)始于GaN缓冲层(3)上部，源极(10)和漏极(11)贯穿InAlN势垒层(5)，且源极(10)和漏极(11)止于InAlN势垒层(5)上部，源极(10)和漏极(11)为欧姆接触，且源极(10)和漏极(11)为Ti/Al/Ti/Au材料，Ti、Al、Ti和Au的厚度分别为30nm、120nm、50nm、
100nm。

说明书全文

掺杂HfO2 铁电栅的InAlNGaN HEMT器件

技术领域

[0001] 本实用新型涉及半导体功率器件制造领域，具体涉及掺杂HfO2铁电栅的InAlNGaN HEMT器件。

背景技术

[0002] 由于GaN材料具有宽的禁带宽度、高击穿电场、高热导率、耐腐蚀等良好的电学特性，被誉为是继第一代锗、硅半导体材料、第二代砷化镓、磷化铟化合物半导体材料之后的第三代半导体材料，是制作高温、高压、高频和大功率电子器件的理想材料。尤其是压电与自发极化效应显著的AlGaN/GaN 异质结，能在界面处诱导高浓度的二维电子气（2DEG），是目前制备高电子迁移率晶体管（HEMT）的核心结构。但是，AlGaN/GaN异质界面存在逆压电效应，会导致器件工作时发生过早击穿和电流退化等可靠性问题，需要避免。除此之外，HEMT器件常被用作功率开关，其阈值电压将直接影响到整个电路系统工作的可靠性，但是传统HEMT器件的阈值电压通常达不到电路工作的安全电压，因此进一步提升HEMT器件的阈值电压非常关键。实用新型内容

[0003] 本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供掺杂HfO2铁电栅的InAlNGaN HEMT器件，它的设计合理，避免了逆压电效应的前提下，进一步降低栅漏电流，同时提高阈值电压，对于GaN基HEMT器件的制备和提高其电学可靠性具有重要的意义。

[0004] 为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案是：它包含SiC衬底1、GaN成核层2、GaN缓冲层3、AlN插入层4、InAlN势垒层5、GaN帽层6、栅介质层7、SiN 钝化层8、栅极9、源极
10、漏极11，SiC衬底1上方形成GaN成核层2，GaN成核层2上方为GaN缓冲层3，AlN插入层4设在GaN缓冲层3上表面，AlN插入层4上表面形成InAlN势垒层5，InAlN势垒层5上表面形成GaN帽层6，栅介质层7设在GaN帽层6上表面，SiN 钝化层8形成在栅介质层7外侧，栅介质层7上表面形成栅极9，源极10设置在漏极11左侧。

[0005] 所述的GaN成核层2的厚度为30nm。

[0006] 所述的GaN缓冲层3的厚度为3μm。

[0007] 所述的AlN插入层4的厚度为5nm。

[0008] 所述的InAlN势垒层5的厚度为10nm。

[0009] 所述的GaN帽层6的厚度为2nm。

[0010] 所述的栅介质层7为材料，且栅介质层7的厚度为50nm。

[0011] 所述的SiN钝化层8的厚度为150nm。

[0012] 所述的栅极9为Ni/Au材料，Ni和Au的厚度分别为50nm、300nm。

[0013] 所述的源极10和漏极11始于GaN缓冲层3上部，源极10和漏极11贯穿InAlN势垒层5，且源极10和漏极11止于InAlN势垒层5上部,源极10和漏极11为欧姆接触，且源极10和漏极11为Ti/Al/Ti/Au材料，Ti、Al、Ti和Au的厚度分别为30nm、120nm、50nm、100nm。

[0014] 本实用新型的工作原理：InAlN势垒与GaN材料实现晶格匹配，避免逆压电效应引起的可靠性问题，通过生长铁电栅介质层减小栅漏电流，提高阈值电压。插入铁电栅介质层后，将栅极和InAlN势垒层通过栅介质层隔开，使得器件的栅漏电流降低。由于栅极和沟道之间存在相对较厚的栅介质层，导致栅极到沟道的垂直距离增加，若要在沟道中产生相同数值的电子浓度，必须增加栅极电压。

[0015] 采用上述技术方案后，本实用新型有益效果为：InAlN势垒与GaN材料实现晶格匹配，有效减少材料生长过程中异质界面形成的线性错位，同时避免了异质界面处的逆压电效应。在保证器件的可靠性前提下，通过生长掺杂铁电栅介质，减小栅漏电流，提高阈值电压。总的来说，它的设计合理，避免了逆压电效应的前提下，进一步降低栅漏电流，同时提高阈值电压，对于GaN基HEMT器件的制备和提高其电学可靠性具有重要的意义。附图说明

[0016] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0017] 图1是本实用新型的结构示意图。

[0018] 附图标记说明：SiC衬底1、GaN成核层2、GaN缓冲层3、AlN插入层4、InAlN势垒层5、GaN帽层6、栅介质层7、SiN钝化层8、栅极9、源极10、漏极11。

具体实施方式

[0019] 参看图1所示，本具体实施方式采用的技术方案是：它由SiC衬底1、GaN成核层2、GaN缓冲层3、AlN插入层4、InAlN势垒层5、GaN帽层6、栅介质层7、SiN钝化层8、栅极9、源极10、漏极11组成，SiC衬底1材料上依次形成GaN成核层2、GaN缓冲层3、AlN插入层4、InAlN势垒层5、GaN帽层6、栅介质层7、SiN钝化层8，栅介质层7表面形成栅极9，栅极9一侧形成源极
10，栅极9另一侧形成漏极11，源极10形成在漏极11的左侧位置。

[0020] 所述的GaN成核层2为30nm厚。

[0021] 所述的GaN缓冲层3为3μm厚。

[0022] 所述的AlN插入层4为5nm厚。

[0023] 所述的InAlN势垒层5为10nm厚。

[0024] 所述的GaN帽层6为2nm厚。

[0025] 所述的栅介质层7为材料，且栅介质层7为50nm厚。

[0026] 所述的SiN钝化层8为150nm厚。

[0027] 所述的栅极9为Ni/Au材料，Ni和Au分别为50nm、300nm厚。

[0028] 所述的源极10和漏极11始于GaN缓冲层3上部，源极10和漏极11贯穿InAlN势垒层5，且源极10和漏极11止于InAlN势垒层5上部，源极10和漏极11为欧姆接触，且源极10和漏极11为Ti/Al/Ti/Au材料，Ti、Al、Ti和Au分别为30nm、120nm、50nm、100nm厚。

[0029] 本实用新型的工作原理：InAlN势垒与GaN材料实现晶格匹配，避免逆压电效应引起的可靠性问题，通过生长铁电栅介质层减小栅漏电流，提高阈值电压。插入铁电栅介质层后，将栅极和InAlN势垒层通过栅介质层隔开，使得器件的栅漏电流降低。由于栅极和沟道之间存在相对较厚的栅介质层，导致栅极到沟道的垂直距离增加，若要在沟道中产生相同数值的电子浓度，必须增加栅极电压。

[0030] 采用上述技术方案后，本实用新型有益效果为：InAlN势垒与GaN材料实现晶格匹配，有效减少材料生长过程中异质界面形成的线性错位，同时避免了异质界面处的逆压电效应。在保证器件的可靠性前提下，通过生长掺杂铁电栅介质，减小栅漏电流，提高阈值电压。总的来说，它的设计合理，避免了逆压电效应的前提下，进一步降低栅漏电流，同时提高阈值电压，对于GaN基HEMT器件的制备和提高其电学可靠性具有重要的意义。

[0031] 以上所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

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