通过极性控制实现增强型HEMT的方法及增强型HEMT技术

本发明专利技术公开了一种增强型HEMT，包括主要由第一、第二半导体层组成的异质结构和与异质结构连接的源、漏、栅电极；该源、漏电极通过形成于异质结构中的二维电子气电连接，该栅电极分布于源、漏电极之间；分布于栅电极正下方的第一、第二半导体层的局部区域的组成材料均具有设定极性，使得当在栅电极施加零偏压或者没有施加偏压时，于栅电极正下方的异质结构局部区域内无二维电子气的积累，而当在栅电极电压大于阈值电压时，能够于栅电极正下方的异质结构局部区域内形成二维电子气。本发明专利技术还公开一种通过极性控制实现增强型HEMT的方法。本发明专利技术具有工艺简单，重复性高，器件性能稳定优良，成本低廉，易于进行大规模生产等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种增强型HEMT(highelectronmobilitytransistor)器件及其制备方法，特别涉及一种通过调控栅电极下方所生长的半导体材料的极性，利用极化电场的改变实现增强HEMT器件的方法，属于微电子工艺领域。
技术介绍
HEMT器件是充分利用半导体的异质结构(Heterostructure)结构形成的二维电子气而制成的，与Ⅲ-Ⅵ族(如AlGaAs/GaAsHEMT)相比，Ⅲ族氮化物半导体由于压电极化和自发极化效应，在异质结构(如AlGaN/GaN)中能够形成高浓度的二维电子气。所以在使用Ⅲ族氮化物制成的HEMT器件中，势垒层一般不需要进行掺杂。同时，Ⅲ族氮化物具有大的禁带宽度、较高的饱和电子漂移速度、高的临界击穿电场和极强的抗辐射能力等特点，能够满下一代电力电子系统对功率器件更大功率、更高频率、更小体积和更高温度的工作的要求。现有的Ⅲ族氮化物半导体HEMT器件作为高频器件或者高压大功率开关器件使用时，特别是作为功率开关器件时，增强型HEMT器件与耗尽型HEMT器件相比更有助于提高系统的安全性、降低器件的损耗和简化设计电路。目前实现增强型HEMT主要的方法有薄的势垒层、凹栅结构、P型盖帽层和F处理等技术，但这些技术都存在不足。例如，薄的势垒层技术不需使用刻蚀工艺，所以带来的损伤小，但是由于较薄的势垒层，器件的饱和电流较小。又例如，F等离子处理也能实现增强型HEMT器件，并且不需要刻蚀，但是F的等离子体在注入的过程中也会刻蚀势垒层，造成器件性能的降低。因而，业界亟待发展出一种易于实施，重复性好，且能有效保证器件性能的增强型HEMT器件的实现方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的主要目的在于提出一种通过极性控制实现增强型HEMT的方法及增强型HEMT。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：在一些实施例中提供了一种增强型HEMT，包括：主要由作为沟道层的第一半导体层和作为势垒层的第二半导体层组成的异质结构，以及，与所述异质结构连接的源、漏、栅电极；所述源、漏电极通过形成于异质结构中的二维电子气电连接，所述栅电极分布于源、漏电极之间；其中，分布于栅电极正下方的第一半导体层的局部区域的组成材料及第二半导体层的局部区域的组成材料均具有设定极性，使得当在所述栅电极施加零偏压或者没有施加偏压时，于所述栅电极正下方的异质结构局部区域内无二维电子气的积累，而当在所述栅电极电压大于阈值电压时，能够于所述栅电极正下方的异质结构局部区域内形成二维电子气。在一些实施例中，分布于栅电极正下方的第一半导体层的局部区域的组成材料及第二半导体层的局部区域的组成材料的极性均与第一半导体层内其余区域的组成材料及第二半导体层内其余区域的组成材料的极性相反。在一些实施例中提供了一种通过极性控制实现增强型HEMT的方法，其包括：在衬底上依次生长主要由作为沟道层的第一半导体层和作为势垒层的第二半导体层组成的异质结构，且使分布于栅电极正下方的第一半导体层的局部区域的组成材料及第二半导体层的局部区域的组成材料均具有设定极性，从而使得当在所述栅电极施加零偏压或者没有施加偏压时，于所述栅电极正下方的异质结构局部区域内无二维电子气的积累，而当在所述栅电极电压大于阈值电压时，能够于所述栅电极正下方的异质结构局部区域内形成二维电子气；以及，制作源、漏、栅电极，并使所述源、漏电极能够通过形成于所述异质结构中的二维电子气电连接，且使所述栅电极分布于源、漏电极之间。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：通过在材料生长过程中控制材料的极性而实现了增强型HEMT器件(例如增强型GaN基HEMT器件)，优选的，其中材料极性的控制是通过对衬底进行图形化处理而实现，其可有效的保证异质结构处材料的晶体质量，从而使器件的整体性能不受到或者受到较小的影响，并且在实现增强型HEMT的过程中没有引入等离子体的刻蚀，较小了器件的损伤，具有工艺简单，重复性高，成本低廉，易于进行大规模生产等特点。附图说明图1是普通耗尽型GaNHEMT器件的局部结构示意图；图2是普通增强型GaNHEMT器件的局部结构示意图；图3是本专利技术一典型实施方案采用极性控制实现增强型HEMT的结构示意图；图4是本专利技术一典型实施方案采用极性控制实现增强型MISHEMT的结构示意图；图5是本专利技术一典型实施方案采用极性控制实现增强型HEMT的能带示意图；附图标记说明：衬底1、氮化镓2、氮化铝3、势垒层4、源电极5、漏电极6、二维电子气7、栅电极8、种子层9、氮极性区域10、栅介质11。具体实施方式下文将对本专利技术的技术方案作更为详尽的解释说明。但是，应当理解，在本专利技术范围内，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。本专利技术的一个方面涉及了一种增强型HEMT。在一些实施例中，所述增强型HEMT包括：主要由作为沟道层的第一半导体层和作为势垒层的第二半导体层组成的异质结构，以及，与所述异质结构连接的源、漏、栅电极；所述源、漏电极通过形成于异质结构中的二维电子气电连接，所述栅电极分布于源、漏电极之间。其中，分布于栅电极正下方的第一半导体层的局部区域的组成材料及第二半导体层的局部区域的组成材料均具有设定极性，使得当在所述栅电极施加零偏压或者没有施加偏压时，于所述栅电极正下方的异质结构局部区域内无二维电子气的积累，而当在所述栅电极电压大于阈值电压时，能够于所述栅电极正下方的异质结构局部区域内形成二维电子气。需说明的是，前述的“栅电极下方”主要是指栅电极在异质结构上正投影所覆盖的区域。在一些实施例中，分布于栅电极正下方的第一半导体层的局部区域的组成材料及第二半导体层的局部区域的组成材料的极性均与第一半导体层内其余区域的组成材料及第二半导体层内其余区域的组成材料的极性相反。在一些实施例中，于所述栅电极与所述异质结构之间还分布有栅介质层，即形成增强型MIS(metal-insulator-semiconductor)HEMT结构。在一些较为具体的实施例中，所述增强型HEMT可以包括：主要由GaN层和AlxGa(1-x)N(0＜x≤1)层组成的异质结构，以及，与所述异质结构连接的源、漏、栅电极；所述源、漏电极分布在AlxGa(1-x)N层上，并且通过形成于异质结构中的二维电子气电连接，栅电极设于源、漏电极之间；分布于栅电极正下方的GaN层的局部区域的组成材料和AlxGa(1-x)N层的局部区域的组成材料均为N性极化材料，而所述GaN层内其余区域的组成材料及所述AlxGa(1-x)N层内其余区域的组成材料均为Ga性极化材料。在一些实施例中，所述源、漏电极位于AlxGa(1-x)N层表面并且通过欧姆接触与所述二维电子气电连接。在一些实施例中，分布于所述栅电极下方的半导体材料(尤其是组成所述异质结构的半导体材料)的极性与分布于栅电极下方以外的区域的半导体材料极性相反。在一些实施例中，当栅电极是零偏压时，所述HEMT栅下的材料极性为氮极性，二维电子气无法形成，器件处于断开状态，而当在栅电极加正向电压时，所述HEMT在栅电极下端积累电子，器件处于处于开启状态。在一些实施例中，在所述HEMT工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强型HEMT，包括：主要由作为沟道层的第一半导体层和作为势垒层的第二半导体层组成的异质结构，以及，与所述异质结构连接的源、漏、栅电极；所述源、漏电极通过形成于异质结构中的二维电子气电连接，所述栅电极分布于源、漏电极之间；其特征在于：分布于栅电极正下方的第一半导体层的局部区域的组成材料及第二半导体层的局部区域的组成材料均具有设定极性，使得当在所述栅电极施加零偏压或者没有施加偏压时，于所述栅电极正下方的异质结构局部区域内无二维电子气的积累，而当在所述栅电极电压大于阈值电压时，能够于所述栅电极正下方的异质结构局部区域内形成二维电子气。

【技术特征摘要】
1.一种增强型HEMT，包括：主要由作为沟道层的第一半导体层和作为势垒层的第二半导体层组成的异质结构，以及，与所述异质结构连接的源、漏、栅电极；所述源、漏电极通过形成于异质结构中的二维电子气电连接，所述栅电极分布于源、漏电极之间；其特征在于：分布于栅电极正下方的第一半导体层的局部区域的组成材料及第二半导体层的局部区域的组成材料均具有设定极性，使得当在所述栅电极施加零偏压或者没有施加偏压时，于所述栅电极正下方的异质结构局部区域内无二维电子气的积累，而当在所述栅电极电压大于阈值电压时，能够于所述栅电极正下方的异质结构局部区域内形成二维电子气。2.根据权利要求1所述的增强型HEMT，其特征在于，分布于栅电极正下方的第一半导体层的局部区域的组成材料及第二半导体层的局部区域的组成材料的极性均与第一半导体层内其余区域的组成材料及第二半导体层内其余区域的组成材料的极性相反。3.一种增强型HEMT，包括：主要由GaN层和AlxGa(1-x)N层(0＜x≤1)或InAlN层组成的异质结构，以及，与所述异质结构连接的源、漏、栅电极；所述源、漏电极分布在AlxGa(1-x)N层或InAlN层上，并且通过形成于异质结构中的二维电子气电连接，栅电极设于源、漏电极之间；其特征在于，分布于栅电极正下方的GaN层的局部区域的组成材料和AlxGa(1-x)N层或InAlN层的局部区域的组成材料均为N性极化材料，而所述GaN层内其余区域的组成材料及所述AlxGa(1-x)N层或InAlN层内其余区域的组成材料均为Ga性极化材料。4.根据权利要求3所述的增强型HEMT，其特征在于所述源、漏电极位于AlxGa(1-x)N层表面并且通过欧姆接触与所述二维电子气电连接。5.根据权利要求3或4所述的增强型HEMT，其特征在于所述栅电极与所述异质结构之间还分布有栅介质层。6.一种通过极性控制实现增强型HEMT的方法，其特征在于包括：在衬底上依...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志利，蔡勇，张宝顺，付凯，于国浩，孙世闯，宋亮，邓旭光，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32