本发明专利技术涉及一种高阈值电压稳定性和低栅漏电的GaN HEMT器件结构及制备方法，GaN HEMT器件结构包括：衬底、缓冲层、沟道层、势垒层、源极、漏极、钝化层、纯p型SnO层、原子掺杂的SnO基薄膜层和栅极，其中，衬底、缓冲层、沟道层、势垒层依次层叠；源极位于势垒层的一端，漏极位于势垒层的另一端；纯p型SnO层位于源极和漏极之间的部分势垒层上；原子掺杂的SnO基薄膜层覆盖纯p型SnO层的上表面；栅极位于原子掺杂的SnO基薄膜层的部分表面上；钝化层覆盖纯p型SnO层和源极之间的势垒层表面、纯p型SnO层和漏极之间的势垒层表面，且覆盖原子掺杂的SnO基薄膜层的部分表面。本发明专利技术实施例总体上改善了纯p型SnO GaN HEMT的栅耐压及栅漏电。HEMT的栅耐压及栅漏电。HEMT的栅耐压及栅漏电。
【技术实现步骤摘要】
高阈值电压稳定性和低栅漏电的GaN HEMT器件结构及制备方法
[0001]本专利技术属于半导体氮化镓电子器件
，具体涉及一种高阈值电压稳定性和低栅漏电的GaN HEMT器件结构及制备方法。
技术介绍
[0002]GaN宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、击穿场强高、极化系数高、电子迁移率和电子饱和漂移速度高等一系列材料优势，同时与AlGaN形成异质结后会产生高浓度高迁移率的二维电子气，这些优势使GaN成为制备新一代高性能高频功率开关器件的优选材料。目前，以GaN为基础制备的HEMT功率器件可以分为耗尽型器件和增强型器件两大类。然而，耗尽型GaN HEMT器件因其固有的负栅压关断引起的高功率损耗问题使其应用有限，在实际应用中，具有零栅压关断且失效保护功能的增强型GaN HEMT器件相比耗尽型GaN HEMT器件应用更为广泛，也更受市场青睐，其良好的性能表现使其在诸如消费类电子、轨道交通、工业设备、通信基站等多方面具有十分广阔的应用前景。
[0003]实现增强型GaN HEMT器件的技术中主要包括p型GaN帽层技术、薄势垒结构、凹槽栅结构和栅下F离子注入等，其中p型GaN帽层技术实现的增强型器件已成功在市场上运用。尽管如此，目前p型GaN帽层仍然存在一些难以克服的问题：如实现的阈值电压较低、p型GaN非栅区刻蚀均匀性差及刻蚀过程中在AlGaN表面会引入高密度的表面缺陷等。因此，相关研究人员提出可以使用低温合成、只通过剥离操作就可以实现增强型GaN HEMT器件的p型金属氧化物(氧化亚锡，氧化镍等)材料来代替p型GaN帽层，以达到解决上述问题的同时降低工艺成本的目的。
[0004]然而，到目前为止，已公开的采用p型金属氧化物帽层(主要为氧化镍、氧化亚铜)制备的GaN HEMT器件，要么为负的阈值电压正漂效果不明显，仍然为耗尽型器件；要么其实现的器件阈值电压较低(不到1V)，尚无明显的应用潜力。在p型金属氧化物中，p型氧化亚锡(p型SnO)在不经掺杂情况下的p型浓度可高达10
19
cm
‑3、禁带宽度可达3.9eV，同时可利用多种薄膜工艺实现低温沉积。基于此，研究发现，通过使用纯p型SnO作为栅帽层制备增强型的GaN HEMT器件，在不经优化的前提下成功实现了大于1V的阈值电压和大于4V的栅击穿电压，同时理论仿真表明该器件的阈值电压可超过4V，而栅击穿电压可超过7V，表现了极大应用潜力。
[0005]然而，纯p型SnO GaN HEMT器件还面临着如下问题：(1)纯p型SnO材料本身处于亚稳态，其亚稳态特性主要表现为容易和外来水分子中的氢离子反应生成络合物，同时在涉及高温工艺时生成n型氧化锡(SnO2)而失去p型SnO的材料特性，因此采用p型SnO作栅帽层的GaN HEMT器件面临着阈值电压不稳定的问题。(2)纯p型SnO在与栅金属接触时形成的冶金结处峰值电场过大及峰值电场的不均匀使器件发生提前击穿现象，造成器件的栅耐压较低、栅漏电较大。
技术实现思路
[0006]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高阈值电压稳定性和低栅漏电的GaN HEMT器件结构及制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0007]本专利技术实施例提供了一种高阈值电压稳定性和低栅漏电的GaN HEMT器件结构，包括：衬底、缓冲层、沟道层、势垒层、源极、漏极、钝化层、纯p型SnO层、原子掺杂的SnO基薄膜层和栅极，其中，
[0008]所述衬底、所述缓冲层、所述沟道层、所述势垒层依次层叠；
[0009]所述源极位于所述势垒层的一端，所述漏极位于所述势垒层的另一端；
[0010]所述纯p型SnO层位于所述源极和所述漏极之间的部分所述势垒层上；
[0011]所述原子掺杂的SnO基薄膜层覆盖所述纯p型SnO层的上表面；
[0012]所述栅极位于所述原子掺杂的SnO基薄膜层的部分表面上；
[0013]所述钝化层覆盖所述纯p型SnO层和所述源极之间的势垒层表面、所述纯p型SnO层和所述漏极之间的势垒层表面，且覆盖所述原子掺杂的SnO基薄膜层的部分表面。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述衬底的材料包括蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓中的一种或多种；
[0015]所述缓冲层和所述沟道层的材料均包括氮化镓；
[0016]所述势垒层的材料包括Al
x
Ga1‑
x
N，x为0.1
‑
0.25；
[0017]所述钝化层的材料包括氮化硅、二氧化硅中的一种或多种。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述缓冲层的厚度为1
‑
5μm；
[0019]所述沟道层的厚度为50
‑
500nm；
[0020]所述势垒层的厚度为10
‑
40nm；
[0021]所述钝化层的厚度为50
‑
400nm；
[0022]所述纯p型SnO层的厚度为70
‑
150nm。
[0023]在本专利技术的一个实施例中，所述原子掺杂的SnO基薄膜层的材料包括Ca
x
Sn1‑
x
O、Mg
x
Sn1‑
x
O、In
x
Sn1‑
x
O中的一种或多种，x为0.1
‑
0.3；
[0024]所述原子掺杂的SnO基薄膜层中原子掺杂的浓度为7
×
10
17
‑9×
10
19
cm
‑3。
[0025]在本专利技术的一个实施例中，所述原子掺杂的SnO基薄膜层的厚度为10
‑
40nm。
[0026]在本专利技术的一个实施例中，所述原子掺杂的SnO基薄膜层还覆盖所述纯p型SnO层的侧面。
[0027]本专利技术的另一实施例提供了一种高阈值电压稳定性和低栅漏电的GaN HEMT器件结构的制备方法，包括步骤：
[0028]S1、在衬底上依次制备缓冲层、沟道层和势垒层；
[0029]S2、在所述势垒层的一端制备源极，另一端制备漏极；
[0030]S3、采用低温合成技术，在所述源极和所述漏极之间的部分所述势垒层上制备纯p型SnO层；
[0031]S4、采用低温合成技术，在所述纯p型SnO层的上表面制备原子掺杂的SnO基薄膜层，或者，采用低温合成技术，在所述纯p型SnO层的上表面和侧表面制备原子掺杂的SnO基薄膜层；
[0032]S5、利用低温淀积工艺，在所述纯p型SnO层和所述源极之间的势垒层表面、所述纯p型SnO层和所述漏极之间的势垒层表面、所述原子掺杂的SnO基薄膜层的部分表面制备钝化层；
[0033]S6、在所述原子掺杂的SnO基薄膜层的部分表面上制备栅极。
[0034]在本专利技术的一个实施例中，步骤S4包括：
[0035]S本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高阈值电压稳定性和低栅漏电的GaN HEMT器件结构，其特征在于，包括：衬底(1)、缓冲层(2)、沟道层(3)、势垒层(4)、源极(5)、漏极(6)、钝化层(7)、纯p型SnO层(8)、原子掺杂的SnO基薄膜层(9)和栅极(10)，其中，所述衬底(1)、所述缓冲层(2)、所述沟道层(3)、所述势垒层(4)依次层叠；所述源极(5)位于所述势垒层(4)的一端，所述漏极(6)位于所述势垒层(4)的另一端；所述纯p型SnO层(8)位于所述源极(5)和所述漏极(6)之间的部分所述势垒层(4)上；所述原子掺杂的SnO基薄膜层(9)覆盖所述纯p型SnO层(8)的上表面；所述栅极(10)位于所述原子掺杂的SnO基薄膜层(9)的部分表面上；所述钝化层(7)覆盖所述纯p型SnO层(8)和所述源极(5)之间的势垒层(4)表面、所述纯p型SnO层(8)和所述漏极(6)之间的势垒层(4)表面，且覆盖所述原子掺杂的SnO基薄膜层(9)的部分表面。2.根据权利要求1所述的高阈值电压稳定性和低栅漏电的GaN HEMT器件结构，其特征在于，所述衬底(1)的材料包括蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓中的一种或多种；所述缓冲层(2)和所述沟道层(3)的材料均包括氮化镓；所述势垒层(4)的材料包括Al
x
Ga1‑
x
N，x为0.1
‑
0.25；所述钝化层(7)的材料包括氮化硅、二氧化硅中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的高阈值电压稳定性和低栅漏电的GaN HEMT器件结构，其特征在于，所述缓冲层(2)的厚度为1
‑
5μm；所述沟道层(3)的厚度为50
‑
500nm；所述势垒层(4)的厚度为10
‑
40nm；所述钝化层(7)的厚度为50
‑
400nm；所述纯p型SnO层(8)的厚度为70
‑
150nm。4.根据权利要求1所述的高阈值电压稳定性和低栅漏电的GaN HEMT器件结构，其特征在于，所述原子掺杂的SnO基薄膜层(9)的材料包括Ca
x
Sn1‑
x
O、Mg
x
Sn1‑
x
O、In
x
Sn1‑
x
O中的一种或多种，x为0.1
‑
0.3；所述原子掺杂的SnO基薄膜层(9)中原子掺杂的浓度为7
×
10
17
‑9×
10
19
cm
‑3。5.根据权利要求1所述的高阈值电压稳定性和低栅漏电的GaN HEMT器...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈大正，穆昌根，张春福，赵胜雷，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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