栅极与源漏极异面的GaN基HEMT的结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种栅极与源漏极异面的GaN基异面栅极结构HEMT与其制作工艺。
【背景技术】
[0002]近些年来GaN基电力电子器件吸引了许多人的注意。然而GaN基HEMT的栅极漏电流一直是一个限制GaN基HEMT性能的原因。其中，由于HEMT通常为表面器件，所以表面漏电流是栅极漏电流的一个主要来源。另外，电力电子器件的正向导通电阻也是一个重要的性能参数。较低的正向导通电阻，可以有效的降低电力电子器件在使用过程中的电能损耗。由于常见的GaN基HEMT的栅极处于源漏电极，器件的源漏极间距存在着限制，难以缩短。源漏极间距与正向导通电阻成正比，所以常见GaN基HEMT的正向导通电阻存在着一个限制。
【发明内容】
[0003]本发明提出了本发明公开了栅极与源漏极异面的GaN基HEMT的结构。这种结构可以减少栅极表面漏电流，并通过缩短源漏电极间距减少正向导通电阻，从而减少GaN基HEMT在使用中的电能损耗。
[0004]本发明技术方案如下:
[0005]栅极与源漏极异面的GaN基HEMT结构，如图1所示，包含位于衬底上的GaN基HEMT外延结构，在所述外延结构上具有栅极、源漏极、漏电极，其中在栅极与外延结构之间存在一个介质层，在栅极上表面存在一个电镀铜衬底。此结构的主要特征为，栅极处于不同于源漏极所在平面的另一平面，可以用于实现增强型或耗尽型GaN基HEMT。
[0006]上述结构中，衬底材料可以采用蓝宝石或氮化镓；电极金属与转移衬底可以使用N1、Al、Au、Pt、T1、Cr、Cu或W等金属及其复合金属体系制作，电极金属俯视面积
[0007]介质层材料为A1203、Si02、Hf02、HfT1、Zr02、SiNx、SiNO 或 MgO。
[0008]本发明提出了本发明公开了栅极与源漏极异面的GaN基HEMT的制作方法，包括以下步骤:
[0009]步骤1.在衬底表面外延生长GaN基HEMT外延结构；
[0010]步骤2.在势皇层上表面(外延方向为上)制作介质层；
[0011]步骤3.在介质层表面制作一个金属电极，作为栅极，并制作一个厚导电层作为转移衬底；
[0012]步骤4.在沟道层下表面(外延方向为上)制作两个电极，作为源极与漏极；
[0013]本发明提供的栅极与源漏极异面的GaN基HEMT的结构，由于栅极与源漏电极处于不同的表面，从而彻底阻断了栅极表面漏电通道。同时，由于栅极位置的改变，源漏电极可以安置的比常见HEMT更加接近，从而减少正向导通电阻。由于正向导通电阻的降低，所以这种新结构晶体管在使用时，电能损耗将相对减少。
【附图说明】
[0014]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明，其中:
[0015]图1是栅极与源漏极异面的GaN基HEMT结构示意图；
[0016]图2是栅极与源漏极异面的GaN基耗尽型(常开型)HEMT衬底剥离前结构示意图；
[0017]图3是栅极与源漏极异面的GaN基增强型(常关型)HEMT衬底剥离前结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]栅极与源漏极异面的GaN基HEMT结构，如图1所示，包含位于衬底上的GaN基HEMT外延结构1、2，在所述外延结构上具有栅极4、源漏极6、漏电极7，其中在栅极与外延结构之间存在一个介质层3，在栅极上表面存在一个电镀铜衬底5。此结构的主要特征为，栅极处于不同于源漏极所在平面的另一平面，可以用于实现增强型或耗尽型GaN基HEMT。
[0019]衬底材料可以采用蓝宝石或氮化镓；电极金属与转移衬底可以使用N1、Al、Au、Pt、T1、Cr、Cu或W等金属及其复合金属体系制作，电极金属俯视面积介质层材料为A1203、Si02、Hf02、HfT1、Zr02、SiNx、SiNO 或 MgO0
[0020]实施例1
[0021]以蓝宝石材料为衬底的栅极与源漏极异面的GaN基耗尽型(常开型)HEMT制作步骤如下:
[0022]步骤1.层8为蓝宝石衬底，利用金属有机化合物化学气相沉淀技术外延生长层9缓冲层、层1GaN沟道层与层IlAlGaN势皇层，形成异质结。其中势皇层的铝组份可选择为26%，层10与层11为本征材料，厚度分别为3um与20nm。
[0023]步骤2.在外延片上表面(AlGaN面)制作层12介质层，可以选用低压力化学气相沉积法沉积20nm SiN0
[0024]步骤3.在介质层上制作层13栅极金属，金属可以选择Ni与Au，利用金属蒸镀技术先蒸镀20nm Ni，然后再蒸镀200nm Au。
[0025]步骤4.通过衬底剥离或转移衬底技术，在层13上电镀制作层14铜衬底，并使用激光剥离技术，去除外延片下表面的层8蓝宝石衬底。在去除了蓝宝石衬底后，制作层6源极与层7漏极于层IGaN层(同图2层9)下表面(外延方向为上)。
[0026]实施例2
[0027]以氮化镓材料为衬底的栅极与源漏极异面的GaN基耗尽型(常开型)HEMT制作步骤如下:
[0028]步骤1.层8为GaN衬底，利用金属有机化合物化学气相沉淀技术外延生长层9缓冲层、层1GaN沟道层与层IlAlGaN势皇层，形成异质结。其中势皇层的铝组份可选择为26%，层10与层11为本征材料，厚度分别为3um与20nm。
[0029]步骤2.在外延片上表面(AlGaN面)制作层12介质层，可以选用低压力化学气相沉积法沉积20nm SiN0
[0030]步骤3.在介质层上制作层13栅极金属，金属可以选择Ni与Au，利用金属蒸镀技术先蒸镀20nm Ni，然后再蒸镀200nm Au。
[0031]步骤4.在层13上电镀制作层14铜衬底，再利用感应耦合等离子体刻蚀技术，刻蚀GaN衬底。在去除了 GaN衬底后，制作层6源极与层7漏极于层IGaN层(同图2层10)下表面(外延方向为上)。
[0032]实施例3
[0033]以蓝宝石材料为衬底的栅极与源漏极异面的GaN基增强型(常关型)HEMT制作步骤如下:
[0034]步骤1.层15为蓝宝石衬底，利用金属有机化合物化学气相沉淀技术外延生长层16缓冲层、层17GaN沟道层与层ISAlGaN势皇层，形成异质结。其中势皇层的铝组份可选择为26%，层17与层18为本征材料，厚度分别为3um与20nm。
[0035]步骤2.在外延片上表面(AlGaN面)，利用金属有机化合物化学气相沉淀技术外延生长