n型AlN欧姆接触结构、AlN肖特基二极管及AlN场效应晶体管制造技术

本发明专利技术公开了一种n型AlN欧姆接触结构、AlN肖特基二极管及AlN场效应晶体管，其中，所述n型AlN欧姆接触结构包括晶圆结构和欧姆接触电极，其中，所述欧姆接触电极设置于所述晶圆结构上，所述晶圆结构包括自下而上依次设置的衬底层、过渡层、沟道层、渐变AlGaN层和n型GaN层，所述渐变AlGaN层中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0。本发明专利技术使用n型掺杂的渐变AlGaN层，降低了欧姆接触电极与AlN之间的势垒高度，从而实现欧姆接触电极与n型AlN之间较低的欧姆接触电阻，有效降低了金属电极与n型AlN的欧姆接触电阻阻值。的欧姆接触电阻阻值。的欧姆接触电阻阻值。

【技术实现步骤摘要】
n型AlN欧姆接触结构、AlN肖特基二极管及AlN场效应晶体管


[0001]本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种n型AlN欧姆接触结构、AlN肖特基二极管及AlN场效应晶体管。

技术介绍

[0002]据统计，全世界超过8-15％的电力能源浪费在电能的生产、传输和电力变换系统中。半导体电力电子器件是电力转换系统的核心器件之一，半导体电力电子器件的电能转换效率是影响整个系统能源损耗的重要指标。目前在电力系统中使用的半导体电力电子器件多以硅材料为主，由于硅材料的禁带宽度较小，反映电力电子器件应用的BFOM系数(Baliga
’
s Figure of Merit，巴利加优值)也比较小，限制了硅材料制造的电力电子器件性能的进一步提高。硅基的电力电子器件已经达到了性能极限。近几年来，以SiC和GaN为代表的第三代半导体逐渐兴起，SiC和GaN有其较宽的禁带宽度，BFOM系数很高，因此SiC和GaN电力电子器件具有较低的导通电阻和能量转换效率。
[0003]AlN是一种超宽禁带材料，具有宽达6.2eV的禁带宽度，比GaN(3.4eV)和SiC(3.0eV)要高的多，因此，AlN具有比GaN和SiC高的多的BFOM系数，非常有潜力用于下一代电力电子器件。然而AlN用于器件制作一系列的问题和挑战需要解决，其中一个重要的问题就是欧姆接触电极的实现。AlN由于禁带宽度很高，掺杂杂质的电离能也很高，难以实现重掺杂；另外，金属材料由于受到功函数的限制，与AlN的肖特基势垒很高，很难实现电子在金属与AlN材料之间的扩散、漂移与隧穿。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种n型AlN欧姆接触结构、AlN肖特基二极管及AlN场效应晶体管。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0005]本专利技术的一个方面提供了一种n型AlN欧姆接触结构，包括晶圆结构和欧姆接触电极，其中，
[0006]所述欧姆接触电极设置于所述晶圆结构上，所述晶圆结构包括自下而上依次设置的衬底层、过渡层、沟道层、渐变AlGaN层和n型GaN层，所述渐变AlGaN层中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0。
[0007]在本专利技术的一个实施例中，所述欧姆接触电极由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，所述渐变AlGaN层的掺杂类型为n型，浓度为10
18-10
21
cm-3
，厚度为10-100nm。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，所述n型GaN层的掺杂类型为n型，浓度为10
18
至10
21
cm-3
。
[0010]本专利技术的另一方面提供了一种AlN肖特基二极管，包括晶圆结构、阴极和阳极，其中，
[0011]所述晶圆结构包括自下而上依次设置的衬底层、过渡层、沟道层、渐变AlGaN层和n型GaN层；所述渐变AlGaN层中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0；
[0012]所述阴极覆盖在所述n型GaN层的上表面，所述沟道层的上表面有至少一部分未覆盖所述渐变AlGaN层，所述阳极设置在所述沟道层未被覆盖的上表面，并且所述阳极与所述渐变AlGaN层彼此间隔。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述阴极由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm；所述阳极由两层金属材料组成，所述两层材料自下而上依次为镍、金，厚度分别为20nm、100nm。
[0014]本专利技术的另一方面提供了一种AlN肖特基栅场效应晶体管，包括晶圆结构、源极、漏极和栅极，其中，所述晶圆结构包括自下而上依次设置的衬底层、过渡层、沟道层、渐变AlGaN层和n型GaN层，所述渐变AlGaN层中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0；所述源极和所述漏极分别位于所述n型GaN层上表面的两侧，所述栅极位于所述沟道层未被覆盖的上表面。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述源极由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm；所述漏极由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm；所述栅极由两层金属材料组成，所述两层材料自下而上依次为镍、金，厚度分别为20nm、100nm。
[0016]本专利技术的另一方面提供了一种AlN MOS场效应晶体管，包括晶圆结构、源极、漏极、栅极和绝缘氧化层，其中，
[0017]所述晶圆结构包括自下而上依次设置的衬底层、过渡层、沟道层、渐变AlGaN层和n型GaN层，所述渐变AlGaN层中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0；
[0018]所述源极和所述漏极分别位于所述n型GaN层上表面的两侧，所述源极与所述漏极之间形成凹槽，所述凹槽内覆盖有所述绝缘氧化层，所述绝缘氧化层上设置有所述栅极，使得所述栅极与所述源极、所述漏极及所述晶圆结构的各层彼此隔离；在所述源极和所述漏极的上表面边缘分别覆盖有所述绝缘氧化层。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，所述源极由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm；所述漏极由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm；所述栅极由两层金属材料组成，所述两层材料自下而上依次为镍、金，厚度分别为20nm、100nm；所述绝缘氧化层的材料为SiO2，厚度为20nm。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0021]本专利技术提供了一种n型AlN欧姆接触结构，使用n型掺杂的渐变AlGaN层，降低了欧姆接触电极与AlN之间的势垒高度，从而实现欧姆接触电极与n型AlN之间较低的欧姆接触电阻，有效降低了金属电极与n型AlN的欧姆接触电阻阻值，降低了AlN肖特基二极管的导通电阻、AlN场效应晶体管的沟道电阻，提高了AlN肖特基二极管和AlN场效应晶体管的输出电流特性，而对AlN肖特基二极管和AlN场效应晶体管的其他性能没有明显的负面影响。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例提供的一种n型AlN欧姆接触结构的结构示意图；
[0023]图2是本专利技术实施例提供的一种AlN肖特基二极管的结构示意图；
[0024]图3a至图3k是本专利技术实施例提供的一种AlN肖特基二极管的制作过程示意图；
[0025]图4是本专利技术实施例提供的一种AlN肖特基栅场效应晶体管的结构示意图；
[0026]图5a至图5i是本专利技术实施例提供的一种AlN肖特基栅场效应晶体管的制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种n型AlN欧姆接触结构，其特征在于，包括晶圆结构(1)和欧姆接触电极(2)，其中，所述欧姆接触电极(2)设置于所述晶圆结构(1)上，所述晶圆结构(1)包括自下而上依次设置的衬底层(101)、过渡层(102)、沟道层(103)、渐变AlGaN层(104)和n型GaN层(105)，所述渐变AlGaN层(104)中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0。2.根据权利要求1所述的n型AlN欧姆接触结构，其特征在于，所述欧姆接触电极(2)由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm。3.根据权利要求1所述的n型AlN欧姆接触结构，其特征在于，所述渐变AlGaN层(104)的掺杂类型为n型，浓度为10
18-10
21
cm-3
，厚度为10-100nm。4.根据权利要求1至3所述的n型AlN欧姆接触结构，其特征在于，所述n型GaN层(105)的掺杂类型为n型，浓度为10
18
至10
21
cm-3
。5.一种AlN肖特基二极管，其特征在于，包括晶圆结构(1)、阴极(3)和阳极(4)，其中，所述晶圆结构(1)包括自下而上依次设置的衬底层(101)、过渡层(102)、沟道层(103)、渐变AlGaN层(104)和n型GaN层(105)；所述渐变AlGaN层(104)中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0；所述阴极(3)覆盖在所述n型GaN层(105)的上表面，所述沟道层(103)的上表面有至少一部分未覆盖所述渐变AlGaN层(104)，所述阳极(4)设置在所述沟道层(103)未被覆盖的上表面，并且所述阳极(4)与所述渐变AlGaN层(104)彼此间隔。6.根据权利要求5所述的AlN肖特基二极管，其特征在于，所述阴极(3)由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，厚度分别为22nm、140nm、45nm、55nm；所述阳极(4)由两层金属材料组成，所述两层材料自下而上依次为镍、金，厚度分别为20nm、100nm。7.一种AlN肖特基栅场效应晶体管，其特征在于，包括晶圆结构(1)、源极(5)、漏极(6)和栅极(7)，其中，所述晶圆结构(1)包括自下而上...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志宏，朱肖肖，张进成，王泽宇，郎英杰，周弘，赵胜雷，张雅超，张苇杭，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：