CN209056498U - 半导体器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种半导体器件，其包括：衬底层；位于所述衬底层上的GaN层；位于所述GaN层上的AlGaN层；位于所述AlGaN层上的石墨烯层；位于所述石墨烯层上的金属层，所述金属层通过所述石墨烯层与所述AlGaN层形成金半接触的欧姆连接。本实用新型采用石墨烯作为金属层和AlGaN层间的垫层，利用石墨烯功函数可调的特性，无需高温合金，即可与AlGaN层形成欧姆接触。同时，石墨烯的高导热性和极高的电子迁移率，有利于改善器件的散热性能、工作速度以及可靠性。

Description

半导体器件

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种能够降低欧姆接触电阻的半导体器件。

背景技术

欧姆接触技术是实现高性能GaN HEMT器件的关键技术之一。欧姆接触制备的方法、材料的形貌与性能直接影响器件的总电导、总跨导、总输出功率、微波噪声特性以及器件在大功率下的可靠性。因此，面临如何形成有效的欧姆接触的技术问题，有必要提出进一步地解决方案。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种半导体器件，以克服现有技术中存在的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种半导体器件，其包括：

衬底层；

位于所述衬底层上的GaN层；

位于所述GaN层上的AlGaN层；

位于所述AlGaN层上的石墨烯层；

位于所述石墨烯层上的金属层，所述金属层通过所述石墨烯层与所述AlGaN层形成金半接触的欧姆连接；

所述金属层包括：Ti层以及依次位于所述Ti层上的Ni层和Au层。

作为本实用新型的半导体器件的改进，所述衬底层为Si衬底或蓝宝石衬底。

作为本实用新型的半导体器件的改进，所述AlGaN层被设计为掺杂型的Al_xGa_1-xN层。

作为本实用新型的半导体器件的改进，所述石墨烯层通过直接生长的方式制作在所述AlGaN层上。

作为本实用新型的半导体器件的改进，所述石墨烯层通过CVD法在Cu衬底上淀积，并转移至AlGaN层上的方式形成。

作为本实用新型的半导体器件的改进，通过电子束蒸发或磁控溅射的方式在石墨烯层上制作金属层。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型采用石墨烯作为金属层和AlGaN层间的垫层，利用石墨烯功函数可调的特性，无需高温合金，即可与AlGaN层形成欧姆接触。同时，石墨烯的高导热性和极高的电子迁移率，有利于改善器件的散热性能、工作速度以及可靠性。

附图说明

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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1中的半导体器件的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2中的半导体器件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种半导体器件，其包括依次层叠设置的：衬底层、GaN层、AlGaN层、石墨烯层、金属层，其中，所述金属层通过所述石墨烯层与所述AlGaN层形成金半接触的欧姆连接。

下面结合具体的实施例对本实用新型的半导体器件的技术方案进行举例说明。

实施例1

如图1所示，本实施例的半导体器件包括：Si衬底层1、位于所述Si衬底层1上的GaN层2、位于所述GaN层2上的AlGaN层3、位于所述AlGaN层3上的石墨烯层4、位于所述石墨烯层4上的金属层5。

所述金属层通过所述石墨烯层与所述AlGaN层形成金半接触的欧姆连接。所述AlGaN层被设计为掺杂型的Al_xGa_1-xN层。所述金属层为Ti层。

本实施例中，采用Ti作为直接与石墨烯/AlGaN/GaN接触的首层金属，Ti功函数为4.33ev。石墨烯作为金属层和AlGaN层间的垫层，利用石墨烯功函数可调的特性，无需高温合金，即可与AlGaN层形成欧姆接触，进而消除电流纵向传导时二维电子气造成的门槛电压。且由于石墨烯层具有的高导热性(导热系数为5300W·m^-1·K^-1)、极高的电子迁移率(200000cm²·V^-1·S^-1)，有利于改善器件的散热性能、工作速度以及可靠性。

实施例2

本实施例的半导体器件与实施例1中的半导体器件结构大体相同，区别在于，其采用的衬底为蓝宝石衬底。

实施例3

如图2所示，本实施例的半导体器件包括：Si衬底层1、位于所述Si衬底层1上的GaN层2、位于所述GaN层2上的AlGaN层3、位于所述AlGaN层3上的石墨烯层4、位于所述石墨烯层4上的金属层5。

所述金属层通过所述石墨烯层与所述AlGaN层形成金半接触的欧姆连接。所述AlGaN层被设计为掺杂型的Al_xGa_1-xN层。所述金属层5为依次设置的：Ti层51、Ni层52、Au层53。

本实施例中，采用Ti作为直接与石墨烯/AlGaN/GaN接触的首层金属，Ti功函数为4.33ev，沿用上述Ti与AlGaN/GaN功函数相近实现欧姆接触的原理；Ti层上另有Ni层作为过渡层，Au层作为覆盖层防止氧化。

上述各实施例中，掺杂型的Al_xGa_1-xN层作为直接带隙半导体的AlGaN材料,禁带宽度随着材料中Al组分的不同从3.42eV到6.28eV连续可调。从而，设计成掺杂型的Al_xGa_1-xN是为了满足AlGaN/GaN异质结应用于不同器件设计的需求。比如应用于肖特基二极管、HEMT器件，x的最佳值根据需要进行设置。例如，AlGaN应用于HEMT器件最常使用的x值是0.27。

针对本实用新型的半导体器件，本实用新型还提供一种半导体器件的制造方法，其包括如下步骤：

S1、提供衬底层，在所述衬底层上依次生长GaN层、AlGaN层。

S2、直接在AlGaN层表面用CVD法生长石墨烯层。

S3、通过电子束蒸发或磁控溅射的方式在石墨烯层上制作金属层。

S4、通过光刻定义电极图形，并去除多余金属和石墨烯层。

S5、对制作的金属层进行真空退火。优选地，退火温度为500～600℃，时间为1.5～10min。

针对本实用新型的半导体器件，本实用新型还提供另一种半导体器件的制造方法，其包括如下步骤：

S1、提供衬底层，在所述衬底层上依次生长GaN层、AlGaN层。

S2、采用CVD法在Cu衬底上淀积石墨烯层，并转移至AlGaN层的表面。

S3、通过电子束蒸发或磁控溅射的方式在石墨烯层上制作金属层。

S4、通过光刻定义电极图形，并去除多余金属和石墨烯层。

S5、对制作的金属层进行真空退火。优选地，退火温度为500～600℃，时间为1.5～10min。

综上所述，本实用新型采用石墨烯作为金属层和AlGaN层间的垫层，利用石墨烯功函数可调的特性，无需高温合金，即可与AlGaN层形成欧姆接触。同时，石墨烯的高导热性和极高的电子迁移率，有利于改善器件的散热性能、工作速度以及可靠性。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括：

衬底层；

位于所述衬底层上的GaN层；

位于所述GaN层上的AlGaN层；

位于所述AlGaN层上的石墨烯层；

位于所述石墨烯层上的金属层，所述金属层通过所述石墨烯层与所述AlGaN层形成金半接触的欧姆连接；

所述金属层包括：Ti层以及依次位于所述Ti层上的Ni层和Au层。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述衬底层为Si衬底或蓝宝石衬底。

3.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述AlGaN层被设计为掺杂型的Al_xGa_1-xN层。

4.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述石墨烯层通过直接生长的方式制作在所述AlGaN层上。

5.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述石墨烯层通过CVD法在Cu衬底上淀积，并转移至AlGaN层上的方式形成。

6.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，通过电子束蒸发或磁控溅射的方式在石墨烯层上制作金属层。