一种增强型GaN HEMT器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种增强型GaN HEMT器件及其制备方法，包括衬底以及设置在衬底上的HEMT异质结结构；所述的HEMT异质结结构顶层为薄AlGaN势垒层；在薄AlGaN势垒层上方分别设置漏极、源极和栅极；薄AlGaN势垒层上方在栅极与源极之间、栅极与漏极之间设置介质层用于提高沟道的二维电子气浓度；所述的薄AlGaN势垒层与漏极、源极为欧姆接触，与栅极为肖特基接触。优点在于，通过采用薄AlGaN势垒层使HEMT器件栅极区域的沟道处于耗尽截止状态，在栅‑漏、栅‑源之间的区域则通过调控介质层作用来提高其沟道的二维电子气浓度，从而实现具有较小导通电阻的增强型器件。

An enhanced GaN HEMT device and its preparation method

The invention discloses an enhanced GaN HEMT device and a preparation method thereof, including a substrate and a HEMT heterojunction structure arranged on the substrate; the top layer of the HEMT heterojunction structure is a thin AlGaN barrier layer; drains, sources and gates are arranged above the thin AlGaN barrier layer; and the upper layer of the thin AlGaN barrier layer is between the gate and the source electrode. A dielectric layer is arranged between the gate and the drain to increase the two-dimensional electron gas concentration in the channel, and the thin AlGaN barrier layer is ohmic contact with the drain and the source, and contact with the gate Schottky. The advantage is that the channel in the gate region of the HEMT device is in the depletion cut-off state by using a thin AlGaN barrier layer, and the two-dimensional electron gas concentration in the channel between the gate leak and the gate source is increased by adjusting the dielectric layer action, thus realizing the enhanced device with small on-resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种增强型GaNHEMT器件及其制备方法
本专利技术涉及一种GaNHEMT器件及其制备方法。
技术介绍
氮化镓(GaN)作为最具代表性的第三代宽禁带半导体材料，凭借其优良的理化特性，在射频微波和电力电子领域的应用前景十分广阔。由于自发极化和压电极化的双重作用，在AlGaN/GaN异质结结构的量子阱中可形成高浓度的二维电子气(2DEG)，具有高迁移率和高饱和漂移速度。因而，基于AlGaN/GaN异质结制备的高电子迁移率晶体管(HEMT)有着优异的性能，被业界广泛关注。通常情况下，2DEG会在异质结形成的同时形成，所以基于该结构制得的HEMT是耗尽型的器件。然而，增强型HEMT器件在实际应用中更具优势，因为增强型器件仅需要单电压供电且具有失效保护的特性。研究发现，当AlGaN势垒层厚度小于某一临界值时，AGaN/GaN异质结中不能形成2DEG，见参考文献O.Ambacheretal.,“Two-dimensioalelectrongasesinducedbyspontaneousandpiezoelectricpolarizationchargesinN-andGa-faceAlGaN/GaNheterostructures,”J.Appl.Phys.,vol.85,no.6,pp.3222-3233,Mar,1999。这一研究报道为实现增强型HEMT器件提供了一种思路：通过在HEMT器件的栅极区域局部减薄AlGaN势垒层，耗尽下方的2DEG，实现增强型HEMT器件。专利文献[中国专利申请公开号CN105609551A]和参考文献S.Liuetal.,Enhancement-modeoperationofnanochannelarray(NCA)AlGaN/GaNHEMT,IEEEElectronDeviceLett.,vol.33,no.3,pp.354-356,Mar.2012分别提出通过刻蚀势垒层的方法实现增强型器件。但是，上述方法往往容易造成材料损伤，而且刻蚀均匀性较难控制，导致器件导通电阻大、稳定性差和阈值电压分布不均匀等问题。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术目的在于提供一种基于介质层调控的增强型GaNHEMT器件及其制备方法，以实现器件导通电阻小、稳定性好和阈值电压分布均匀。本专利技术所述的一种增强型GaNHEMT器件，包括：衬底以及设置在衬底上的HEMT异质结结构；所述的HEMT异质结结构顶层为薄AlGaN势垒层；在薄AlGaN势垒层上方分别设置漏极、源极和栅极；薄AlGaN势垒层上方在栅极与源极之间、栅极与漏极之间设置介质层用于提高沟道的二维电子气浓度；所述的薄AlGaN势垒层与漏极、源极为欧姆接触，与栅极为肖特基接触。优选地，所述的薄AlGaN势垒层由外延生长得到。优选地，所述的薄AlGaN势垒层厚度小于6nm。优选地，设有有源区和隔离区；所述的漏极、源极和栅极均设置在有源区上方；所述的隔离区设置在有源区外侧，用于将有源区与外部电气件隔离。优选地，所述的HEMT异质结结构由下而上依次外延生长缓存层、高阻层、沟道层、阻挡层和薄AlGaN势垒层。优选地，所述的高阻层为高阻GaN层，或沟道层为GaN沟道层，或阻挡层为AlN阻挡层。本专利技术所述的一种增强型GaNHEMT器件的制备方法，包括以下步骤：S1、在衬底上外延生长HEMT异质结结构，其中顶层为薄AlGaN势垒层；S2、在HEMT异质结结构上分别沉积金属与薄AlGaN势垒层欧姆接触，形成源极和漏极；S3、在薄AlGaN势垒层上，源极和漏极以外的部位用介质层封闭；S4、在源极和漏极之间的位置刻蚀介质层至露出薄AlGaN势垒层，在露出薄AlGaN势垒层的位置沉积金属与薄AlGaN势垒层肖特基接触，形成栅极。优选地，所述的HEMT异质结结构在衬底上依次外延生长出缓存层、高阻层、沟道层、阻挡层和薄AlGaN势垒层。优选地，步骤S1中完成HEMT异质结结构的外延生长后，利用刻蚀或局部注入离子得到中部的有源区和位于有源区外侧的隔离区。优选地，所述的局部注入离子为：纵向局部注入离子填充薄AlGaN势垒层、阻挡层、沟道层以及高阻层上部；所述的刻蚀为：纵向局部去除薄AlGaN势垒层、阻挡层、沟道层以及高阻层上部，实现有源区的台面隔离。本专利技术所述的一种增强型GaNHEMT器件及其制备方法，其优点在于，通过采用薄AlGaN势垒层使HEMT器件栅极区域的沟道处于耗尽截止状态，在栅-漏、栅-源之间的区域则通过调控介质层作用来提高其沟道的二维电子气浓度，从而实现具有较小导通电阻的增强型器件。所述的薄AlGaN势垒层有外延生长而成，无需刻蚀，因此相比常规槽栅结构增强型HEMT器件，本专利技术可以避免势垒层的刻蚀损伤和刻蚀均匀性的问题。附图说明图1是本专利技术所述增强型GaNHEMT器件的结构示意图；图2是本专利技术所述增强型GaNHEMT器件的制备方法步骤示意图一；图3是本专利技术所述增强型GaNHEMT器件的制备方法步骤示意图二；图4是本专利技术所述增强型GaNHEMT器件的制备方法步骤示意图三；图5是本专利技术所述增强型GaNHEMT器件的制备方法步骤示意图四；图6是本专利技术所述增强型GaNHEMT器件的制备方法步骤示意图五；图7是本专利技术所述增强型GaNHEMT器件的制备方法步骤示意图六。附图标记：101-衬底、102-缓存层、103-高阻层、104-沟道层、105-阻挡层、106-薄AlGaN势垒层、107-介质层、108-栅极、109-源极、110-漏极。具体实施方式如图1所示，本专利技术所述的一种增强型GaNHEMT器件，包括：衬底101、缓存层102、高阻层103、沟道层104、阻挡层105、薄AlGaN势垒层106、介质层107；所述薄AlGaN势垒层106上方设有栅极108、源极109和漏极110。所述的缓存层102、高阻层103、沟道层104、阻挡层105和薄AlGaN势垒层106由下至上依次层叠后组成HEMT异质结结构；其中，所述的高阻层103可为高阻GaN层、沟道层104可为GaN沟道层、阻挡层105为AlN阻挡层。HEMT异质结结构纵向设置隔离区隔离出有源区，漏极110、源极109和栅极108均设置在有源区上；隔离区用于将有源区与其他外部的电气件进行隔离。薄AlGaN势垒层106上方在栅极108与源极109之间、栅极108与漏极110之间设置介质层107。所述介质层107作用于其下方的薄AlGaN势垒层106，具有提高HEMT器件沟道的二维电子气浓度的作用。所述介质层107可为采用磁控溅射、物理或化学气相沉积等方法制备的Al2O3、AlN、Si3N4、SiO2或其他单层或多层绝缘介质材料；所述的衬底101可采用蓝宝石、硅、碳化硅或者氮化镓材料；所述的薄AlGaN势垒层106厚度小于6nm，可保证HEMT器件的沟道处于耗尽截止状态，即未形成二维电子气或二维电子气浓度极低。所述源极109和漏极110与薄AlGaN势垒层106形成欧姆接触；所述栅极108与薄AlGaN势垒层106形成肖特基接触。所述的欧姆接触和肖特基接触为本领域技术人员公知常识，例如选取特定的金属，进行退火得到欧姆接触，不退火处理得到肖特基接触，此外还有其他公知的工艺可以得到两种接触方式。如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强型GaN HEMT器件，包括：衬底(101)以及设置在衬底(101)上的HEMT异质结结构；其特征在于，所述的HEMT异质结结构顶层为薄AlGaN势垒层(106)；在薄AlGaN势垒层(106)上方分别设置漏极(110)、源极(109)和栅极(108)；薄AlGaN势垒层(106)上方在栅极(108)与源极(109)之间、栅极(108)与漏极(110)之间设置介质层(107)用于提高沟道的二维电子气浓度；所述的薄AlGaN势垒层(106)与漏极(110)、源极(109)为欧姆接触，与栅极(108)为肖特基接触。

【技术特征摘要】
1.一种增强型GaNHEMT器件，包括：衬底(101)以及设置在衬底(101)上的HEMT异质结结构；其特征在于，所述的HEMT异质结结构顶层为薄AlGaN势垒层(106)；在薄AlGaN势垒层(106)上方分别设置漏极(110)、源极(109)和栅极(108)；薄AlGaN势垒层(106)上方在栅极(108)与源极(109)之间、栅极(108)与漏极(110)之间设置介质层(107)用于提高沟道的二维电子气浓度；所述的薄AlGaN势垒层(106)与漏极(110)、源极(109)为欧姆接触，与栅极(108)为肖特基接触。2.根据权利要求1所述增强型GaNHEMT器件，其特征在于，所述的薄AlGaN势垒层(106)由外延生长得到。3.根据权利要求1所述增强型GaNHEMT器件，其特征在于，所述的薄AlGaN势垒层(106)厚度小于6nm。4.根据权利要求1所述增强型GaNHEMT器件，其特征在于，设有有源区和隔离区；所述的漏极(110)、源极(109)和栅极(108)均设置在有源区上方；所述的隔离区设置在有源区外侧，用于将有源区与外部电气件隔离。5.根据权利要求1所述增强型GaNHEMT器件，其特征在于，所述的HEMT异质结结构由下而上依次外延生长缓存层(102)、高阻层(103)、沟道层(104)、阻挡层(105)和薄AlGaN势垒层(106)。6.根据权利要求5所述增强型GaNHEMT器件，其特征在于，所述的高阻层(103)为高阻GaN层，或沟道层(104)为GaN沟道层，或阻挡层(105)为AlN阻挡层。7.一种权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢星，李斌，陈志坚，黄沫，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44