对于电流阻挡层和导通通孔有着严格的要求。
[0046]进一步的，与现有技术中采用P-GaN(包括Mg离子注入和Mg掺杂)提高电流阻挡层的势皇高度，或者通过Al离子注入形成类似绝缘层而对电流产生阻挡作用的方式相比，本发明采用高阻GaN作为电流阻挡层，既可以提高器件的耐压性能，且高阻GaN对于电流阻挡也具有很大的作用，同时采用Si离子注入还可使高阻GaN得到η型掺杂，使导通通孔范围内的η型掺杂浓度提高进而使电阻率下降，满足了电子传输，同时未被Si离子注入的区域可以作为性能良好的电流阻挡层。
[0047]进一步的，所述垂直结构AIGaN/GaN HEMT的器件结构中选择了 C掺杂的GaN层作为中和层而中和二次外延表面的Si残留，防止其扩散到二次外延结构中而影响二维电子气浓度。
[0048]进一步的，所述垂直结构AIGaN/GaN HEMT的器件结构中，AlN层一方面可增加AIGaN/GaN极化，另一方面可抑制Si原子在界面处的扩散，进而提高AIGaN/GaN的二维电子气浓度。
[0049]为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面将结合附图及实施例对本发明的内容做进一步说明。
[0050]参阅图1，在本发明的一较为具体的实施方案之中，首先在GaN衬底上通过MOCVD进行同质外延生长高阻GaN层2，并在几乎没有晶格适配和热失配的情况下，获得晶体质量好且对电流阻挡作用较强的高阻GaN层2。
[0051]参阅图2，在本发明的一较为具体的实施方案之中，系在高阻GaN层上通过NV-GSD-HE离子注入机引出Si离子束流，并通过调节Si离子注入的剂量和能量，使Si离子注入到利用光刻显现出来的小孔区域，对高阻GaN层进行η型掺杂获得一个电阻率较低的导通通孔4，作为电流在垂直方向传输的导通沟道。
[0052]参阅图3，在本发明的一较为典型的实施方案中，利用高阻GaN层作为电流阻挡层(Current blocking layer) CBL，通过Si离子注入形成导通通孔实现垂直结构AIGaN/GaNHEMT器件结构，所述结构包括漏极1、衬底2、高阻GaN层3、Si离子注入导通通孔4、C掺杂GaN层5、本征GaN层6、AlN层7、二维电子气沟道8、本征AlGaN层9、介质钝化层10、源极11、以及栅极12等，在GaN衬底上通过MOCVD —次外延生长高阻GaN 2作为电流阻挡层，在电流阻挡层小孔区域通过Si离子注入实现η型重掺杂电流导通通孔4、C掺杂GaN层5、本征GaN层6、A1N层7以及本征AlGaN层9都是利用MOCVD 二次外延形成的，其中，所述C掺杂GaN层5是为了能够中和残留在表面的Si离子，从而防止其在二次外延过程中扩散到上面的外延层，AlN层一方面可以增加AIGaN/GaN界面处的极化效应，另一方面可以抑制Si原子在界面处的扩散，进而提高界面处的二维电子气浓度并在这结构上形成源极和漏极，沉积钝化层后制作栅极。
[0053]实施例1请参阅图4所示为本发明器件的典型制作工艺的流程图，但本发明并不限于附图及如下实施例所阐述的内容，其仅仅是利用高阻GaN作为电流阻挡层通过Si离子注入实现导通通孔的垂直结构的典型的示例性实施例。
[0054]本实施例涉及一种利用高阻GaN作为CBL通过Si离子注入形成导通通孔实现垂直结构AIGaN/GaN HEMT器件，其包括如下步骤:
[0055](I)首先利用MOCVD外延生长几百纳米到几微米范围内的高阻GaN层2，从MOCVD腔室取出以后利用有机溶液进行清洗并用高纯氮气进行吹洗，见附图1。
[0056](2)对清洗干净的高阻GaN外延片进行光刻显影，光刻胶采用AZ5214，曝光时间为6.5s，显影时间为50s_60s，形成一个Si离子注入窗口。
[0057](3)对通过光刻形成离子注入窗口的外延片利用离子注入机引出Si束流调节Si离子的注入能量和剂量，完成Si离子注入，使Si能够在高阻GaN实现有效的掺杂，形成一个相对于高阻GaN电阻率低的小孔4，见图2。
[0058](4)对完成Si离子注入外延片，首先进行有机清洗，在进行二次外延生长前放入200°C烘箱中烘2小时后除去表面水份以及杂质。
[0059](5)在进行二次外延过程中，样品放入生长腔室，首先MOCVD升温到1160°C对Si离子注入进行退火使受损的晶格有一定的恢复，然后进行生长C掺杂GaN中和层5、本征GaN层6、AlN层7以及本征AlGaN层9。
[0060](6)对外延生长完的垂直结构AIGaN/GaN外延片首先进行有机溶液清洗，用去离子水冲洗并用高纯氮气吹扫干净，然后利用LPCVD或者PECVD沉积31队等钝化层10。
[0061 ] (7)对沉积完SiNx钝化层10的垂直结构AIGaN/GaN HEMT外延片进行光刻和刻蚀，形成源极区11，放入电子束沉积台沉积欧姆接触金属Ti/Al/Ni/Au(20nm/130/nm/50nm/150nm)并并行剥离清洗。
[0062](8)对利用电子束沉积源极欧姆接触后对衬底背面沉积漏极欧姆接触12，同样利用电子束沉积Ti/Al/Ni/Au (20nm/130/nm/50nm/150nm)及并行剥离清洗，沉积完以后对样品进行890°C 30s欧姆接触退火。
[0063](9)样品退火完以后，进行光刻和显影，利用光刻胶掩膜对有源区进行保护，F注入隔离形成器件隔离。
[0064](10)台面隔离完成以后，进行清洗光刻形成栅极区1，同样利用电子束沉积Ni/Au(50/250nm)进行剥离，在氮气气氛下400°C 1min退火形成肖特基接触完成整个器件的制作，见图3。
[0065]该垂直结构AIGaN/GaN HEMT器件的工作原理是:当栅极电压大于阈值电压时，电子从源极11沿着AlGaN层9/GaN层6界面处的二维电子气沟道8传输，当传输到导通通孔4上方时，由于导通通孔的电阻率较低，电子会在垂直方向上沿着导通通孔传输，最后达到漏极1，由于导通通孔旁边为高阻GaN对电子有很强的电流阻挡作用，所以大部分电子会沿着导通通孔传输，这样垂直结构AIGaN/GaN HEMT处于开态状态下；当栅极电压小于阈值电压时，栅极下的二维电子气被耗尽，无法进行电子在二维电子气沟道的传输，也就无法使电子在导通通孔的垂直方向传输，这样垂直结构AIGaN/GaN HEMT处于关态状态下，通过调节导通通孔大小Lap、源栅之间距离Lgs以及栅极扩充距离Lg。大小可以实现不同栅控器件特性的垂直结构AIGaN/GaN HEMT器件。
[0066]藉由本发明的器件设计，可以有效抑制水平结构AIGaN/GaN HEMT所存在的电流崩坍等问题，同时通过Si离子注入和高阻GaN作为电流阻挡层有效提高了垂直结构AlGaN/GaN HEMT器件特性以及高耐压的需求，很好的克服了现有垂直结构Mg注入或者Al注入带来的晶格损伤以及Mg掺杂刻蚀后形成小孔二次外延难等问题。
[0067]以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种垂直结构AlGaN/GaN HEMT器件，包括衬底、外延结构以及源、漏、栅极，所述外延结构包括依次形成在所述衬底正面的电流阻挡层、第二半导体层、第一半导体层和钝化层，所述第一半导体层和/或第二半导体层内分布有二维电子气沟道，所述源极与第一半导体层电连接，所述栅极设置在所述钝化层上，所述漏极设置在所述衬底背面，其特征在于所述电流阻挡层采用高阻GaN层，且所述高阻GaN层中于位于栅极下方的区域内分布有Si离子注入形成的η型重掺杂电流导通通孔。
2.根据权利要求1所述的垂直结构AlGaN/GaNHEMT器件，其特征在于所述第一半导体层、第二半导体层之间还分布有厚度为l_5nm的AlN层，且第一半导体层和/或第二半导体层与AlN层的界面处分布有所述二维电子气沟道。
3.根据权利要求1所述的垂直结构AlGaN/GaNHEMT器件，其特征在于所述高阻GaN层采用C或者Fe掺杂而形成高阻，且掺杂浓度η < 2el6 cm_3。
4.根据权利要求1所述的垂直结构AlGaN/GaNHEMT器件，其特征在于所述电流阻挡层与第二半导体层之间还设有C掺杂GaN中和层，所述C掺杂GaN中和层的厚度为l-10nm。
5.根据权利要求1或3所述的垂直结构AlGaN/GaNHEMT器件，其特征在于所述高阻GaN层的厚度为> 10nm而< 10Mm。
6.根据权利要求1所述的垂直结构AlGaN/GaNHEMT器件，其特征在于所述η型重掺杂电流导通通孔的孔径为> 1nm而< 10Mm0
7.根据权利要求1或6所述的垂直结构AlGaN/GaNHEMT器件，其特征在于用以形成所述η型重掺杂电流导通通孔的Si离子注入能量为彡1KeV而< lOOOKeV，注入剂量为112-1OlfVcm2。
8.根据权利要求1所述的垂直结构AlGaN/GaNHEMT器件，其特征在于所述衬底材料包括GaN或ZnO衬底，所述钝化层的材质包括Al2O3、氮化硅或Η??2。
9.根据权利要求1所述的垂直结构AlGaN/GaNHEMT器件，其特征在于所述第二半导体层采用本征GaN层，且所述本征GaN层的厚度< 200nm，所述第一半导体层采用本征AlGaN 层。
10.权利要求1-9中任一项所述垂直结构AlGaN/GaNHEMT器件的制作方法，其特征在于包括: 在衬底正面一次外延生长电流阻挡层，并在电流阻挡层的选定区域通过Si离子注入而形成η型重掺杂电流导通通孔； 在所述电流阻挡层上二次外延形成C掺杂GaN中和层、本征GaN层、AlN层以及本征AlGaN 层； 在所述衬底背面及本征AlGaN层上分别设置漏极和源极； 以及，在本征AlGaN层上形成钝化层，并在钝化层上设置栅极。
【专利摘要】本发明公开了一种垂直结构AlGaN/GaN HEMT器件，其包括衬底、外延结构以及源、漏、栅极，所述外延结构包括依次形成在所述衬底正面的电流阻挡层、第二半导体层、第一半导体层和钝化层，所述第一半导体层和/或第二半导体层内分布有二维电子气沟道，所述源极与第一半导体层电连接，所述栅极设置在所述钝化层上，所述漏极设置在所述衬底背面，其中所述电流阻挡层采用高阻GaN层，且所述高阻GaN层中于位于栅极下方的区域内分布有Si离子注入形成的n型重掺杂电流导通通孔。本发明器件具有高耐压、低漏电等优点。本发明还公开了所述HEMT器件的制作方法。
【IPC分类】H01L21-265, H01L29-06, H01L21-335, H01L29-778
【公开号】CN104701359
【申请号】CN201510103132
【发明人】孙世闯, 张宝顺, 范亚明, 付凯, 蔡勇, 于国浩, 张志利, 宋亮
【申请人】苏州能屋电子科技有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月10日