CN110808285A - 一种基于Cu衬底HEMT器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Cu衬底HEMT器件及其制备方法，属于HEMT器件领域。所述HEMT器件包括Cu衬底、碳掺杂GaN高阻层、本征GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层、栅电极、源电极以及漏电极。本发明采用脉冲激光沉积法，在高热导率的Cu衬底上制得晶体质量优良、异质界面清晰的HEMT氮化物薄膜，包括高掺杂GaN高阻层、本征GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层。同时，基于上述的HEMT氮化物薄膜，成功制备了散热良好、性能稳定的Cu衬底HEMT器件。此外，本发明与传统的CMOS工艺相兼容，在制备过程中无复杂操作和其他有害副产物产生，为未来大功率电子器件热稳定性问题提供解决方案。
Description
技术领域
本发明属于HEMT器件领域，具体涉及一种基于Cu衬底HEMT器件及其制备方法。
背景技术
氮化镓（GaN）基高电子迁移率晶体管（HEMT）因其具有高功率密度、高饱和电流、高跨导以及高截至频率等优良特性，广泛应用于电力电子和微波功率领域。目前，随着GaN基HEMT器件功率密度不断提高以及尺寸不断缩小，器件的热耗散也不断增加，这将导致器件性能退化、输出功率降低以及失效率增加，严重甚至发生失效。为了解决此问题，国内外研究人员提出多种散热方式来改善器件高温稳定性。然而，失效的电子产品中仍然有超过一半是由温度问题引起。因此，器件的热可靠性问题尚未得到解决。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于Cu衬底HEMT器件及其制备方法。本发明在低温范围（600℃~700℃）下，实现了高质量氮化物异质外延，不同功能层之间界面清晰，达到标准HEMT器件对材料的性能要求。
本发明能够解决HEMT器件在大输出功率下的热稳定性问题。同时，设计高掺杂GaN绝缘层，防止引入金属衬底导致漏电流增大。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
一种基于Cu衬底HEMT器件，其特征在于，包括Cu衬底、碳掺杂GaN高阻层、本征GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层、栅电极、源电极以及漏电极；
所述碳掺杂GaN高阻层在Cu衬底上，所述本征GaN沟道层在碳掺杂GaN高阻层上，所述AlN插入层在本征GaN沟道层上，所述AlGaN势垒层在AlN插入层上；所述栅电极、源电极以及漏电极均与AlGaN势垒层上表面接触，其中，栅电极与AlGaN势垒层形成肖特基接触，源电极与漏电极与AlGaN势垒层形成欧姆接触。
作为优选，所述碳掺杂GaN高阻层中掺杂浓度为1017~1018cm-3。
作为优选，所述AlGaN势垒层中Al元素摩尔含量为0.02-0.4。
作为优选，所述碳掺杂GaN高阻层、本征GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层的厚度分别为2~4μm、2~4μm、1~2nm和15~20nm。
作为优选，考虑到电极金属与氮化物之间的功函数差，所述源电极、漏电极的结构为10nmTi /40nm Al/50nm Ni/100nm Au；所述栅电极的结构为50nm Ni/150nm Au。
作为优选，所述Cu衬底为Cu（111) 衬底。
以上所述的一种基于Cu衬底HEMT器件的制备方法，包括以下步骤：
（1）在GaN靶材上选区沉积石墨层；
（2）通过脉冲激光沉积（PLD）的方法，采用脉冲激光轰击步骤（1）沉积了石墨层的GaN靶材，在Cu衬底上生长碳掺杂GaN高阻层；
（3）通过脉冲激光沉积（PLD）的方法, 采用脉冲激光分别轰击纯净GaN靶材、AlN靶材、AlGaN靶材依次沉积本征GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层；
（4）在AlGaN势垒层上制备源电极、漏电极，退火形成欧姆接触；
（5）在AlGaN势垒层上制备栅电极，得到所述基于Cu衬底HEMT器件。
作为优选，步骤（1）中石墨层沉积的方法包括电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射。
作为优选，步骤（1）所述GaN靶材的尺寸为2英寸，所述石墨层的厚度＞4 μm。
作为优选，步骤（1）中覆盖石墨层的GaN靶材区域与未覆盖石墨层的GaN靶材区域成轴对称分布，这样才能保证掺杂的碳分布均匀。
覆盖石墨层的靶材面积与未覆盖石墨层的靶材面积之比是决定GaN高阻层碳掺杂浓度的关键因素之一。
作为优选，当覆盖石墨层的GaN靶材区域与未覆盖石墨层的GaN靶材区域的面积之比为2~2.5：1时，掺杂浓度高达1017~1018cm-3，经测试，GaN高阻层的电阻值高达107~108Ω。
本发明步骤（2）、步骤（3）中脉冲激光沉积（PLD）中激光能量、脉冲频率、生长温度、靶材与衬底距离和腔体压力是决定Cu（111) 衬底上氮化物晶体质量的决定性因素。一般而言，激光能量越高，脉冲频率越快，晶体质量越好；若能量过高、频率过快，严重影响薄膜生长均匀性。同时，靶材与衬底距离和腔体压力过大或过小，也会影响薄膜生长均匀性。
作为优选，步骤（2）、步骤（3）中激光器能量维持在350~400mJ，频率维持在20Hz~30Hz，生长温度维持在600℃~700℃，靶材与衬底距离维持在4mm~5mm，腔体压力维持在4~5mTorr。
作为优选，步骤（4）、步骤（5）中，电极蒸镀方法包括电子束蒸镀或者磁控溅射。
作为优选，步骤（4）、步骤（5）中，通过光刻、电子束蒸发、Lift-off的方法制备源电极、漏电极和栅电极。
作为优选，步骤（4）所述退火的温度为500℃。
本发明提供的基于Cu（111) 衬底HEMT器件外延层生长，是利用脉冲激光沉积（PLD）设备特性，不同于传统的有机金属化学气相沉积（MOCVD），能够在低温下获得高质量氮化物，保证 Cu 衬底生长后不发生翘曲。同时，用激光轰击蒸镀石墨层的GaN靶材，获得掺杂均匀的GaN高阻层，保证较小的器件漏电流。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用脉冲激光沉积法（Pulsed Laser Deposition，PLD），独创性地在高热导率的Cu衬底（导热系数约为硅的3倍）上制得HEMT氮化物薄膜。与现有的氮化物生长技术相比，本发明通过调整脉冲激光能量、频率以及腔室压力，在Cu（111) 衬底翘曲的极限温度范围（600℃~700℃，低于氮化物一般生长温度1000℃左右）内，获得了晶体质量优良、异质界面清晰的HEMT氮化物薄膜。同时，基于上述的HEMT氮化物薄膜，成功制备了散热良好、性能稳定的Cu衬底GaN基HEMT器件。此外，本技术方案与传统的CMOS工艺相兼容，在制备过程中无复杂操作和其他有害副产物产生，为未来大功率电子器件热稳定性问题提供解决方案。
附图说明
图1为本发明基于Cu衬底HEMT器件的结构示意图；
其中，1为Cu衬底、2为GaN高阻层、3为GaN沟道层、4为AlN插入层、5为AlGaN势垒层、6为栅电极、7为源电极、8为漏电极。
图2为本发明实施例1制得的Cu衬底上高质量GaN的XRD图；
图3为本发明实施例1制得高质量GaN与Cu衬底间的TEM图。
图4为本发明实施例1制得的Cu衬底HEMT器件输出特性曲线图。
图5为本发明实施例1制得的Cu衬底HEMT器件转移特性曲线图。
具体实施方式
以下结合附图以及实例对本发明作进一步的详细阐述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明基于Cu衬底HEMT器件的结构示意图如图1所述，该Cu衬底HEMT器件包括Cu衬底1、碳掺杂GaN高阻层2、本征GaN沟道层3、AlN插入层4、AlGaN势垒层5、栅电极6、源电极7以及漏电极8；所述碳掺杂GaN高阻层2在Cu衬底1上，所述本征GaN沟道层3在碳掺杂GaN高阻层2上，所述AlN插入层4在本征GaN沟道层3上，所述AlGaN势垒层5在AlN插入层4上；所述栅电极6、源电极7以及漏电极8均与AlGaN势垒层5上表面接触，其中，栅电极6与AlGaN势垒层5形成肖特基接触，源电极7与漏电极8与AlGaN势垒层5形成欧姆接触。
实施例1
步骤1、在室温下，将单晶Cu（111）衬底清洗、吹干后，放入快速退火炉中，通入25sccm氩气，在400℃下退火，得到干净单晶Cu衬底，并送入脉冲激光沉积（PLD）腔室中。
步骤2、通过电子束蒸发的一般工艺方法，在2英寸GaN靶材上选区沉积5 μm的石墨层，覆盖石墨层的靶材区域与未覆盖石墨层的靶材区域成轴对称分布，面积之比为2：1。
步骤3、通过脉冲激光沉积（PLD）的一般工艺方法，设置PLD激光器能量为380mJ，频率维持在20Hz，生长温度维持在600℃，靶材与衬底距离维持在4mm，腔体压力维持在4mTorr，在Cu（111) 衬底上依次生长2μm碳掺杂的GaN高阻层（掺杂浓度为1017~1018cm-3）、2μm本征GaN沟道层、2nm AlN插入层、16nm Al0.2Ga0.8N势垒层。经XRD和TEM测试，如图2中XRD表明，Cu衬底上成功生长出高质量氮化镓，如图3中TEM表明，Cu衬底与氮化物之间有清晰，良好的界面。
步骤4、通过光刻、电子束蒸发、Lift-off以及快速退火的一般工艺方法，在AlxGa1-xN势垒层上制备源、漏电极（10nmTi /40nm Al/50nm Ni/100nm Au），在500℃下退火形成理想的欧姆接触；
步骤5、通过光刻、电子束蒸发、Lift-off的一般工艺方法，在AlxGa1-xN势垒层上制备栅电极（50nm Ni/150nm Au），得到所述基于Cu衬底HEMT器件。经测试，如图4、图5所示，HEMT器件表现出良好的输出曲线和转移曲线，与普通HEMT器件相比，没有性能上的衰减。
实施例2
步骤1、在室温下，将单晶Cu（111）衬底清洗、吹干后，放入快速退火炉中，通入25sccm氩气，在400℃下退火，得到干净单晶Cu衬底，并送入脉冲激光沉积（PLD）腔室中。
步骤2、通过电子束蒸发的一般工艺方法，在2英寸GaN靶材上选区沉积5 μm的石墨层，覆盖石墨层的靶材区域与未覆盖石墨层的靶材区域成轴对称分布，面积之比为2.3：1。
步骤3、通过脉冲激光沉积（PLD）的一般工艺方法，设置PLD激光器能量为400mJ，频率维持在25Hz，生长温度维持在650℃，靶材与衬底距离维持在4.5mm，腔体压力维持在4.5mTorr，在Cu（111) 衬底上依次生长3μm碳掺杂的GaN高阻层（掺杂浓度为1017~1018cm-3）、3μm本征GaN沟道层、2nm AlN插入层、16nm Al0.2Ga0.8N势垒层。
步骤4、通过光刻、电子束蒸发、Lift-off以及快速退火的一般工艺方法，在AlxGa1-xN势垒层上制备源、漏电极（10nmTi /40nm Al/50nm Ni/100nm Au），在500℃下退火形成理想的欧姆接触；
步骤5、通过光刻、电子束蒸发、Lift-off的一般工艺方法，在AlxGa1-xN势垒层上制备栅电极（50nm Ni/150nm Au），得到所述基于Cu衬底HEMT器件。
实施例3
步骤1、在室温下，将单晶Cu（111）衬底清洗、吹干后，放入快速退火炉中，通入25sccm氩气，在400℃下退火，得到干净单晶Cu衬底，并送入脉冲激光沉积（PLD）腔室中。
步骤2、通过电子束蒸发的一般工艺方法，在2英寸GaN靶材上选区沉积5 μm的石墨层，覆盖石墨层的靶材区域与未覆盖石墨层的靶材区域成轴对称分布，面积之比为2.5:1。
步骤3、通过脉冲激光沉积（PLD）的一般工艺方法，设置PLD激光器能量为350mJ，频率维持在30Hz，生长温度维持在700℃，靶材与衬底距离维持在5mm，腔体压力维持在5mTorr，在Cu（111) 衬底上依次生长4μm碳掺杂的GaN高阻层（掺杂浓度为1017~1018cm-3）、4μm本征GaN沟道层、2nm AlN插入层、16nm Al0.2Ga0.8N势垒层。
步骤4、通过光刻、电子束蒸发、Lift-off以及快速退火的一般工艺方法，在AlxGa1-xN势垒层上制备源、漏电极（10nmTi /40nm Al/50nm Ni/100nm Au），在500℃下退火形成理想的欧姆接触；
步骤5、通过光刻、电子束蒸发、Lift-off的一般工艺方法，在AlxGa1-xN势垒层上制备栅电极（50nm Ni/150nm Au），得到所述基于Cu衬底HEMT器件。
需要说明的是，以上实施例不用于限制本发明的范围，仅用于说明本发明。特别注意的是，本领域的技术人员不经创造性劳动，根据本发明的内容做出各种非本质的调整和改动，这些等价形式同样位于本申请所附权利要求书所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种基于Cu衬底HEMT器件，其特征在于，包括Cu衬底（1）、碳掺杂GaN高阻层（2）、本征GaN沟道层（3）、AlN插入层（4）、AlGaN势垒层（5）、栅电极（6）、源电极（7）以及漏电极（8）；
所述碳掺杂GaN高阻层（2）在Cu衬底（1）上，所述本征GaN沟道层（3）在碳掺杂GaN高阻层（2）上，所述AlN插入层（4）在本征GaN沟道层（3）上，所述AlGaN势垒层（5）在AlN插入层（4）上；所述栅电极（6）、源电极（7）以及漏电极（8）均与AlGaN势垒层（5）上表面接触，其中，栅电极（6）与AlGaN势垒层（5）形成肖特基接触，源电极（7）与漏电极（8）与AlGaN势垒层（5）形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的一种基于Cu衬底HEMT器件，其特征在于，所述碳掺杂GaN高阻层中掺杂浓度为1017~1018cm-3。
3.根据权利要求1所述的一种基于Cu衬底HEMT器件，其特征在于，所述AlGaN势垒层中Al元素摩尔含量为0.02-0.4。
4.根据权利要求1所述的一种基于Cu衬底HEMT器件，其特征在于，所述碳掺杂GaN高阻层、本征GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层的厚度分别为2~4μm、2~4μm、1~2nm和15~20nm；所述源电极、漏电极的结构为10nmTi /40nm Al/50nm Ni/100nm Au；所述栅电极的结构为50nm Ni/150nm Au。
5.制备权利要求1-4任一项所述的一种基于Cu衬底HEMT器件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在GaN靶材上选区沉积石墨层；
（2）通过脉冲激光沉积的方法，采用脉冲激光轰击步骤（1）沉积了石墨层的GaN靶材，在Cu衬底上生长碳掺杂GaN高阻层；
（3）通过脉冲激光沉积的方法, 采用脉冲激光分别轰击纯净GaN靶材、AlN靶材、AlGaN靶材依次沉积本征GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层；
（4）在AlGaN势垒层上制备源电极、漏电极，退火形成欧姆接触；
（5）在AlGaN势垒层上制备栅电极，得到所述基于Cu衬底HEMT器件。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中石墨层沉积的方法包括电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述石墨层的厚度＞4 μm。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中覆盖石墨层的GaN靶材区域与未覆盖石墨层的GaN靶材区域成轴对称分布；所述覆盖石墨层的GaN靶材区域与未覆盖石墨层的GaN靶材区域的面积之比为2~2.5：1。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）、步骤（3）中激光器能量维持在350~400mJ，频率维持在20Hz~30Hz，生长温度维持在600℃~700℃，靶材与衬底距离维持在4mm~5mm，腔体压力维持在4~5mTorr。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）、步骤（5）中，通过光刻、电子束蒸发、Lift-off的方法制备源电极、漏电极和栅电极。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008112949A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-05-15 | Nichia Chem Ind Ltd | 電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
| US20080308836A1 (en) * | 2005-01-27 | 2008-12-18 | Rohm Co., Ltd. | Nitride Semiconductor Device and Method for Growing Nitride Semiconductor Crystal Layer |
| CN101550530A (zh) * | 2009-04-03 | 2009-10-07 | 清华大学 | 激光脉冲沉积法制备白光光电导效应的掺铁碳薄膜材料 |
| CN102403348A (zh) * | 2010-09-14 | 2012-04-04 | 三星Led株式会社 | 氮化镓基半导体器件及其制造方法 |
| CN103031595A (zh) * | 2012-12-11 | 2013-04-10 | 华南理工大学 | 生长在LiGaO2衬底上的非极性掺杂GaN薄膜及其制备方法 |
| CN106299041A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-04 | 华南理工大学 | 生长在r面蓝宝石衬底上的非极性LED外延片的制备方法及应用 |
| CN107170671A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-09-15 | 广东省半导体产业技术研究院 | 一种基于离子注入的GaN功率器件及其制造方法 |
| CN107937872A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-04-20 | 广西大学 | 增加活性氮辅助制备GaN薄膜的脉冲激光沉积系统及方法 |
| CN211295109U (zh) * | 2019-11-26 | 2020-08-18 | 华南理工大学 | 一种基于Cu衬底HEMT器件 |
-
2019
- 2019-11-26 CN CN201911172837.3A patent/CN110808285A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080308836A1 (en) * | 2005-01-27 | 2008-12-18 | Rohm Co., Ltd. | Nitride Semiconductor Device and Method for Growing Nitride Semiconductor Crystal Layer |
| JP2008112949A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-05-15 | Nichia Chem Ind Ltd | 電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
| CN101550530A (zh) * | 2009-04-03 | 2009-10-07 | 清华大学 | 激光脉冲沉积法制备白光光电导效应的掺铁碳薄膜材料 |
| CN102403348A (zh) * | 2010-09-14 | 2012-04-04 | 三星Led株式会社 | 氮化镓基半导体器件及其制造方法 |
| CN103031595A (zh) * | 2012-12-11 | 2013-04-10 | 华南理工大学 | 生长在LiGaO2衬底上的非极性掺杂GaN薄膜及其制备方法 |
| CN106299041A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-04 | 华南理工大学 | 生长在r面蓝宝石衬底上的非极性LED外延片的制备方法及应用 |
| CN107170671A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-09-15 | 广东省半导体产业技术研究院 | 一种基于离子注入的GaN功率器件及其制造方法 |
| CN107937872A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-04-20 | 广西大学 | 增加活性氮辅助制备GaN薄膜的脉冲激光沉积系统及方法 |
| CN211295109U (zh) * | 2019-11-26 | 2020-08-18 | 华南理工大学 | 一种基于Cu衬底HEMT器件 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 李晓兰;薛琴;王建秋;: "脉冲激光沉积系统(PLD)的应用――制备GaN薄膜", 现代电子技术, no. 22, 15 November 2008 (2008-11-15), pages 12 - 14 * |
| 童杏林, 郑启光, 胡少六, 秦应雄, 于本海: "脉冲激光双光束沉积掺Mg的GaN薄膜的研究", 中国激光, vol. 31, no. 03, 10 March 2004 (2004-03-10), pages 332 - 335 * |
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