一种倒装GaN HEMT器件阵列的转移和异质集成方法及其器件阵列.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114334649A(43)申请公布日2022.04.12(21)申请号202111636734.5(22)申请日2021.12.29(71)申请人华南师范大学地址510630广东省广州市中山大道西55号(72)发明人王幸福陈鑫林雨田董泽鑫(74)专利代理机构北京清控智云知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11919代理人仵乐娟(51)Int.Cl.H01L21/335(2006.01)H01L21/683(2006.01)H01L25/07(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种倒装GaNHEMT器件阵列的转移和异质集成方法及其器件阵列(57)摘要本发明涉及一种倒装GaNHEMT器件阵列的转移和异质集成方法及其器件阵列，该方法通过设置包含有重掺杂GaN牺牲层和阻断漏电流通路的高阻层的GaNHEMT器件阵列结构，在器件的表面覆盖钝化绝缘层保护器件，通过在钝化绝缘层上开设通孔暴露源漏和栅极进而通过键合金属将其键合至目标基底，进一步地结合特定的电化学腐蚀方法，将HEMT阵列从刚性衬底释放，实现了器件阵列的无损剥离，释放了材料内部的应力，有效的解决了缓冲层和衬底漏电的问题，极大的提升了HEMT器件的性能，为HEMT器件与目标基底的异构集成提供了新渠道，极大的拓宽了电子电力器件的使用范围。CN114334649ACN114334649A权利要求书1/2页1.一种倒装GaNHEMT器件阵列的转移和异质集成方法，其特征在于，包括以下步骤：在生长衬底上依次外延生长包含重掺杂GaN牺牲层、高阻层、AlGaN/AlN/GaN目标层和帽层的外延叠层；图案化所述帽层；在所述目标层上形成源极和漏极；沉积栅介质层；图案化所述栅介质层，形成与所述帽层接触的栅极；沉积钝化绝缘层，图案化所述钝化绝缘层，形成暴露所述源极、漏极和栅极的窗口；在所述窗口中沉积第一键合金属层；刻蚀所述外延叠层至所述牺牲层，形成GaNHEMT器件阵列；在目标基底上的预定区域沉积第二键合金属层；将所述第二键合金属层对准所述第一键合金属层，加热键合后获得异质键合叠层；选用电化学腐蚀工艺腐蚀所述键合叠层中的牺牲层，释放所述生长衬底，实现倒装结构的GaNHEMT阵列转移。2.根据权利要求1的所述转移和异质集成方法，其特征在于，所述重掺杂GaN牺牲层的厚度选用300～400nm，其掺杂浓度为1.0～2.0×1019cm‑3；所述高阻层选用p型GaN高阻层，其厚度为100～200nm，掺杂浓度为1～2×1018cm‑3，掺杂元素为Fe或Mg元素。3.根据权利要求1或2的所述转移和异质集成方法，其特征在于，所述帽层选用p型GaN帽层，其厚度为100～200nm，掺杂浓度为3～5×1019cm‑3；所述生长衬底与所述重掺杂GaN牺牲层之间还设置有缓冲层。4.根据权利要求1或2的所述转移和异质集成方法，其特征在于，所述窗口的面积小于所述源极、漏极和栅极的面积；优选地，相邻的所述阵列单元区域间隔10～20μm。5.根据权利要求1或2的所述转移和异质集成方法，其特征在于，所述第一键合金属层选用Ti/Au层，其中Ti层的厚度选用10nm，Au层的厚度选用50nm；所述第二键合金属层选用Ti/Au层，其中Ti层的厚度选用10nm，Au层的厚度选用50nm；所述键合的温度范围选用300～500℃，加热2～3小时。6.根据权利要求1或2的所述转移和异质集成方法，其特征在于，所述电化学腐蚀液选用草酸溶液，其浓度选用0.3Mol/L，腐蚀电压选用10～15V，腐蚀时间选用2～3h；优选地，腐蚀电压选用10V，腐蚀时间选用2h。7.根据权利要求1或2的所述转移和异质集成方法，其特征在于，形成GaNHEMT器件阵列步骤之后，沉积第二键合金属层步骤之前，还包括选取阵列单元区域，刻蚀所述阵列单元区域的边缘至所述牺牲层。8.一种倒装GaNHEMT器件阵列，其特征在于，其包括，异质目标基底，位于异质目标基底上的阵列单元区域，所述阵列单元区域包含位于异质目标基底上的键合金属层区域，位于所述键合金属层区域上的GaNHEMT器件阵列，所述器件包括与所述键合金属层区域接触的漏极、栅极和源极，与栅极接触的帽层，与漏极、帽层及源极接触的AlGaN/AlN/GaN目标层，以及位于目标层上的高阻层，其中所述键合金属层区域包括层叠键合的第一键合金属层区域和第二键合金属层区域，第一键合金属层区域与所述源极、栅极和漏极接触，第二键2CN114334649A权利要求书2/2页合金属层区域与所述异质目标基底接触。9.根据权利要求8的所述阵列器件，其特征在于，所述异质目标基底上还设置有与所述GaNHEMT器件互联的元器件。10.一种倒装GaNHEMT器