一种AlGaN/GaN HEMT的热管理方法技术

本发明专利技术公开了一种AlGaN/GaN HEMT的热管理方法，在AlGaN/GaN/Si衬底上，使用ICP方法在AlGaN和GaN层上刻蚀深槽用于器件之间的绝缘；使用电子束蒸发方法淀积欧姆接触电极；采用PECVD的方法生长钝化层；刻蚀源极和漏极处的钝化层；采用PECVD的方法生长金刚石热分散层；使用SiN作为保护层，采用ICP方法刻蚀金刚石层以形成源极、漏极及栅极窗口；刻蚀栅极处的钝化层；电子束蒸发淀积柵极电极。本发明专利技术能有效的降低器件的沟道温度，增加器件的漏电流输出，使其得到更好的散热效果。

【技术实现步骤摘要】
一种AlGaN/GaNHEMT的热管理方法
本专利技术涉及半导体领域，具体涉及一种AlGaN/GaNHEMT的热管理方法。
技术介绍
第三代半导体材料GaN及其合金AlGaN具有较大的自发和压电极化电荷。当这两种材料形成异质结时，在AlGaN/GaN界面处会产生较高的极化电荷密度，导致在靠近界面处的GaN沟道中形成高密度的二维电子气(2DEG)。在此异质结上制备出源极、漏极及栅极即可形成场效应晶体管，通常称为AlGaN/GaNHEMT(高电子迁移率晶体管)。由于该器件的高载流子浓度和GaN材料的宽禁带宽度，使得AlGaN/GaNHEMT表现出许多优良的特性，例如，能输出较高的功率、能承受较高的击穿电压、作为开关时其开关速度快和损耗小、能工作在高温和高辐射等恶劣环境中等，在军民领域中均有较大的应用潜力。当AlGaN/GaNHEMT工作在高功率的条件下时，其沟道温度也会相应地升高，从而使载流子的迁移率降低，导致器件的漏电流减小，即自加热效应。所以，需要对器件使用恰当的热管理方法以减小其沟道温度，提高漏电流的输出。目前已报道采用的热管理方法如下：1)通过刻蚀移除器件的衬底，再原子级的键合高热导的热沉，主要使用的热沉材料有金刚石和AlN。但是这种方法存在制作工艺复杂、成本高、稳定性差的问题；并且，新焊接的热沉和沟道间隔着约2微米的GaN缓冲层，距离比较远，影响散热的效果；同时，在缓冲层GaN和新焊接的热沉之间存在有高热阻的界面层，这也影响了散热的效果。2)在衬底上刻蚀出一些洞穴，深度约为衬底的厚度，之后再在这些洞穴里淀积高热导的金刚石薄膜充当热沉的作用。对于这种方法，由于所要淀积的金刚石比较多，所以生长速度比较缓慢，影响其实用性。另一方面，高热导的金刚石距离沟道也间隔着GaN的缓冲层，影响其散热的效果。3)在器件表面上直接钝化AlN或者是键合AlN作为热沉，该方法中不足够高的AlN热导(约320W/mK)一定程度上限制了其热管理的效果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有的器件的沟道温度较高，漏电流的输出小，导致散热效率较低，目的在于提供一种AlGaN/GaNHEMT的热管理方法，解决AlGaN/GaNHEMT器件的散热问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种AlGaN/GaNHEMT的热管理方法，包括以下步骤：(1)在AlGaN/GaN/Si衬底上，使用ICP方法在AlGaN和GaN层上刻蚀深槽用于器件之间的绝缘；(2)使用电子束蒸发方法淀积欧姆接触电极；(3)采用PECVD的方法生长钝化层；(4)刻蚀源极和漏极处的钝化层；(5)采用PECVD的方法生长金刚石热分散层；(6)使用SiN作为保护层，采用ICP方法刻蚀金刚石层以形成源极、漏极及栅极窗口；(7)刻蚀栅极处的钝化层；(8)电子束蒸发淀积柵极电极。具体的，欧姆接触为Ti/Al/Ni/Au多层结构；钝化层为SiO2或SiN材料。其中，钝化层的厚度为10-30nm。金刚石热分散层的厚度为500-1000nm。步骤(8)中柵极电极为Ni/Au。由于器件的热源集中在靠近漏极的栅极边缘处，所以本专利技术中集成的金刚石热分散层离热源非常近(中间只间隔了约20nm的AlGaN势垒层)，同时金刚石的热导比较大(约1000-2000W/mK)，这两个有利因素使本专利技术的热管理方法比其它方法更好。例如，在相同的功率耗散下，使用AlN(热导约为320W/mK)作为热分散层时，漏电流增加8％，最大沟道温度降低13％，低于使用本专利技术的热管理方法得到的漏电流增加14％，沟道最大温度降低28％。与现有的结构相比，本器件的结构能有效的提高漏电流，并且还能减少沟道的最大温度，有效的提高了散热效率。并且，淀积柵极电极后，通过电子束蒸发淀积一层金属层。沉积一层金属层能更有利于本器件和外部连接使用。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本专利技术一种AlGaN/GaNHEMT的热管理方法，通过在AlGaN/GaNHEMT的表面集成一层金刚石作为热分散层，能有效的降低器件的沟道温度，增加器件的漏电流输出，使其得到更好的散热效果；同时，本方法工艺简单，稳定性好，成本较低，更便于长期使用。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术AlGaN/GaN/Si衬底结构示意图；图2为刻蚀深槽结构示意图；图3为淀积欧姆结构示意图；图4为钝化层示意图；图5为刻蚀源极和漏极处的钝化层结构示意图；图6为高热导金刚石热分散层结构示意图；图7为刻蚀金刚石层结构示意图；图8为刻蚀栅极处电介质结构示意图；图9为淀积柵极电极结构示意图；图10为漏电流和沟道最大温度随漏电压变化情况示意图；图11为从源极到漏极的沟道温度(T)变化示意图；图12为有无金刚石热分散层时的漏电流和沟道最大温度随时间的变化示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1本专利技术一种AlGaN/GaNHEMT的热管理方法，晶片的基本结构为AlGaN/GaN/Si衬底，其结构如图1所示，图1中从上到下依次为AlGaN层、GaN层、Si衬底；(2)使用ICP方法刻蚀深槽，如图2所示，用于器件之间的绝缘；(3)使用电子束蒸发方法淀积Ti/Al/Ni/Au欧姆接触电极，如图3所示；(4)采用PECVD的方法生长20nm的SiO2或SiN钝化层，如图4所示，以消除表面态，抑制电流的崩塌效应；(5)如图5，刻蚀源极和漏极处的钝化层；(6)如图6，采用PECVD的方法生长500nm的高热导金刚石热分散层；(7)如图7所示，使用SiN作为保护层，采用ICP方法刻蚀金刚石层以形成源极、漏极及栅极窗口；(8)如图8所示，刻蚀栅极处电介质SiO2或SiN；(9)如图9所示，电子束蒸发淀积Ni/Au柵极电极；(10)电子束蒸发淀积一层金属以利于和外部连接。通过本技术方案，可以减小AlGaN/GaNHEMT的自加热效应，增加器件的漏电流输出。实施例2将AlGaN/GaNHEMT在有和无表面集成的金刚石热分散层时漏电流(IDS)和沟道最大温度(Tmax)随漏电压(VDS)变化情况进行检测，得到如图10所示的结果。图10描述了AlGaN/GaNHEMT在有和无表面集成的金刚石热分散层时漏电流(IDS)和沟道最大温度(Tmax)随漏电压(VDS)变化情况对比的仿真结果。从图10中可以看出，器件在有表面集成的金刚石时，漏电流会有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种AlGaN/GaN HEMT的热管理方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)在AlGaN/GaN/Si衬底上，使用ICP方法在AlGaN和GaN层上刻蚀深槽用于器件之间的绝缘；/n(2)使用电子束蒸发方法淀积欧姆接触电极；/n(3)采用PECVD的方法生长钝化层；/n(4)刻蚀源极和漏极处的钝化层；/n(5)采用PECVD的方法生长金刚石热分散层；/n(6)使用SiN作为保护层，采用ICP方法刻蚀金刚石层以形成源极、漏极及栅极窗口；/n(7)刻蚀栅极处的钝化层；/n(8)电子束蒸发淀积柵极电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种AlGaN/GaNHEMT的热管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在AlGaN/GaN/Si衬底上，使用ICP方法在AlGaN和GaN层上刻蚀深槽用于器件之间的绝缘；
(2)使用电子束蒸发方法淀积欧姆接触电极；
(3)采用PECVD的方法生长钝化层；
(4)刻蚀源极和漏极处的钝化层；
(5)采用PECVD的方法生长金刚石热分散层；
(6)使用SiN作为保护层，采用ICP方法刻蚀金刚石层以形成源极、漏极及栅极窗口；
(7)刻蚀栅极处的钝化层；
(8)电子束蒸发淀积柵极电极。


2.根据权利要求1所述的一种AlGaN/GaNHEMT的热管理方法，其特征在于，欧姆接触为Ti/Al/Ni/Au多层结构。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王阿署，曾令艳，
申请(专利权)人：成都大学，
类型：发明
国别省市：四川;51