一种氮化镓HEMT器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氮化镓HEMT器件及其制备方法，器件包括：自下而上依次层叠设置的衬底层、成核层、AlGaN缓冲层、沟道层、势垒层和P

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓HEMT器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种氮化镓HEMT器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]氮化镓半导体材料具有高禁带宽度，高击穿场强，高电子迁移率，高耐压，耐热性能，用其所制成的HEMT器件由于优异的开关特性和耐压能力非常适合应用于大功率的电力电子领域与微波射频领域。目前，随着第三代半导体各项
的发展，GaN HEMT越来越被广泛关注，在通信、雷达、航空航天、新能源汽车，快速充电等热门领域得到广泛应用。虽然GaN HEMT有极大的应用前景和发展空间，但目前其存在的问题也不在少数，如界面层质量难以保证，栅电极处缺陷难以抑制等。
[0003]对于GaN HEMT器件来说，耐压能力不足、可靠性较差是其产业化过程中的主要制约因素，而上述问题的主要诱因就包括器件的栅极可靠性问题。

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氮化镓HEMT器件及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0005]本专利技术提供了一种氮化镓HEMT器件，包括：
[0006]自下而上依次层叠设置的衬底层、成核层、AlGaN缓冲层、沟道层、势垒层和P
‑
GaN缓冲层；
[0007]第一绝缘介质层，位于所述势垒层和所述P
‑
GaN缓冲层上；
[0008]所述第一绝缘介质层中设置有栅极凹槽；
[0009]栅电极，位于在所述栅极凹槽中，所述栅电极的底部与所述P
‑
GaN缓冲层接触，形成肖特基接触，所述栅电极的上表面位于所述第一绝缘介质层的上方；
[0010]源电极和漏电极，分别设置在所述沟道层上，且位于所述势垒层的两侧；
[0011]第二绝缘介质层，位于所述第一绝缘介质层上；
[0012]其中，在所述栅电极制备过程中采用低温超临界流体工艺处理所述栅电极对应位置处的材料以及制备完成的所述栅电极。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述衬底层为Si衬底、蓝宝石衬底或氮化镓衬底。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述成核层为AlN层，所述沟道层为GaN层，所述势垒层为AlGaN层。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述P
‑
GaN缓冲层为Mg
+
离子注入GaN层，其掺杂浓度的数量级大于109cm
‑3。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述第一绝缘介质层为HfO2介质层，所述第二绝缘介质层为SiO2介质层。
[0017]本专利技术提供了一种氮化镓HEMT器件的制备方法，包括：
[0018]步骤1：选取衬底层；
[0019]步骤2：在所述衬底层上依次层叠制备成核层、AlGaN缓冲层、沟道层、势垒层和P
‑
GaN缓冲层；
[0020]步骤3：刻蚀两侧的所述P
‑
GaN缓冲层，在所述势垒层和所述P
‑
GaN缓冲层上制备第一绝缘介质层；
[0021]步骤4：刻蚀所述第一绝缘介质层形成栅极凹槽，所述栅极凹槽位于所述P
‑
GaN缓冲层上；
[0022]步骤5：采用低温超临界流体工艺处理所述栅极凹槽位置处的材料，在处理后的所述栅极凹槽内沉积金属，形成栅电极，采用低温超临界流体工艺处理所述栅电极，其中所述栅电极与所述P
‑
GaN缓冲层形成肖特基接触；
[0023]步骤6：在所述第一绝缘介质层上制备第二绝缘介质层；
[0024]步骤7：刻蚀所述势垒层形成源漏电极接触区域，在所述源漏电极接触区域制备源电极和漏电极。
[0025]在本专利技术的一个实施例中，所述低温超临界流体工艺为采用超临界流体在300～600K的温度下，3～8MPa的压力下对材料进行处理。
[0026]在本专利技术的一个实施例中，所述超临界流体为二氧化碳超临界流体、乙烷超临界流体、乙烯超临界流体，异丙醇超临界流体、丁酮超临界流体或丙酮超临界流体。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0028]1.本专利技术的氮化镓HEMT器件，在栅电极制备过程中，采用低温超临界流体工艺处理栅电极对应位置处的材料以及制备完成的栅电极，利用超临界流体的萃取能力对材料表面以及电极界面处的缺陷与悬挂键进行填补，修复了界面处的缺陷，减少接触的界面态，提高了高电子迁移率晶体管栅界面层的质量。
[0029]2.本专利技术的氮化镓HEMT器件，利用低温超临界流体工艺代替传统退火工艺处理栅电极，一方面由于低温超临界流体工艺处理温度相对较低，可以避免传统退火技术中高温再氧化和材料降解的问题，另一方面提高了肖特基接触界面的可靠性和栅极的耐压能力。
[0030]3.由于GaN HEMT器件的高电场应力和热应力作用区域都位于栅边缘，因此，影响其耐压能力和可靠性的主要因素也是栅极的退化和失效，本专利技术的氮化镓HEMT器件，通过超临界流体工艺提高了栅极的可靠性，从而提高了GaN HEMT器件的可靠性。
[0031]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
[0032]图1是本专利技术实施例提供的一种氮化镓HEMT器件的结构示意图；
[0033]图2是本专利技术实施例提供的一种氮化镓HEMT器件的制备方法流程图；
[0034]图3是本专利技术实施例提供的一种氮化镓HEMT器件的制备工艺示意图。
具体实施方式
[0035]为了进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本专利技术提出的一种氮化镓HEMT器件及其制备方法进行详细说
明。
[0036]有关本专利技术的前述及其他
技术实现思路
、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本专利技术为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本专利技术的技术方案加以限制。
[0037]实施例一
[0038]请参见图1，图1是本专利技术实施例提供的一种氮化镓HEMT器件的结构示意图，如图所示，本实施例的氮化镓HEMT器件，包括：衬底层1、成核层2、缓冲层3、沟道层4、势垒层5、P
‑
GaN缓冲层6、第一绝缘介质层7、栅电极8、第二绝缘介质层9、源电极10和漏电极11。
[0039]其中，衬底层1、成核层2、缓冲层3、沟道层4、势垒层5、P
‑
GaN缓冲层6，自下而上依次层叠设置。第一绝缘介质层7位于势垒层5和P
‑
GaN缓冲层6上。第一绝缘介质层7中设置有栅极凹槽。栅电极8位于在栅极凹槽中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓HEMT器件，其特征在于，包括：自下而上依次层叠设置的衬底层、成核层、AlGaN缓冲层、沟道层、势垒层和P
‑
GaN缓冲层；第一绝缘介质层，位于所述势垒层和所述P
‑
GaN缓冲层上；所述第一绝缘介质层中设置有栅极凹槽；栅电极，位于在所述栅极凹槽中，所述栅电极的底部与所述P
‑
GaN缓冲层接触，形成肖特基接触，所述栅电极的上表面位于所述第一绝缘介质层的上方；源电极和漏电极，分别设置在所述沟道层上，且位于所述势垒层的两侧；第二绝缘介质层，位于所述第一绝缘介质层上；其中，在所述栅电极制备过程中采用低温超临界流体工艺处理所述栅电极对应位置处的材料以及制备完成的所述栅电极。2.根据权利要求1所述的氮化镓HEMT器件，其特征在于，所述衬底层为Si衬底、蓝宝石衬底或氮化镓衬底。3.根据权利要求1所述的氮化镓HEMT器件，其特征在于，所述成核层为AlN层，所述沟道层为GaN层，所述势垒层为AlGaN层。4.根据权利要求1所述的氮化镓HEMT器件，其特征在于，所述P
‑
GaN缓冲层为Mg
+
离子注入GaN层，其掺杂浓度的数量级大于109cm
‑3。5.根据权利要求1所述的氮化镓HEMT器件，其特征在于，所述第一绝缘介质层为HfO2介质层，所述第二绝缘介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：江希，姜涛，袁嵩，张世杰，严兆恒，何艳静，弓小武，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：