本申请公开了一种P型多晶硅/AlGaN异质结耗尽型HEMT器件及其制备方法，器件包括：衬底；设置在衬底的上方的未掺杂的GaN层；设置在GaN层的上方的未掺杂的第一AlGaN层；设置在第一AlGaN层上方的含有Si掺杂的第二AlGaN层；设置在第二AlGaN层上的P型的多晶硅层，并与第二AlGaN层形成异质结；设置在第二AlGaN层上方且包覆在多晶硅层外周的栅介质层；栅电极、源电极以及漏电极。P型多晶硅与Si掺杂的第二AlGaN层形成异质结，同时形成内建电场，当向栅电极施加负电压时，内建电场与外部电场方向相同，使得不需要很高的栅压，即也不需要减薄栅介质层的厚度，就可以有效的将器件关断，实现低阈值电压有效调控器件关断的目的。值电压有效调控器件关断的目的。值电压有效调控器件关断的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种P型多晶硅/AlGaN异质结耗尽型HEMT器件及其制备方法
[0001]本专利技术涉及半导体器件领域，尤其涉及一种P型多晶硅/AlGaN异质结耗尽型HEMT器件及其制备方法。
技术介绍
[0002]氮化镓基高电子迁移率晶体管(HEMT)是基于第三代宽禁带半导体GaN的一种非常重要的器件。凭借AlGaN/GaN异质结构之间形成的二维电子气所具有的高迁移率、高载流子浓度的优势，HEMT在高频、高功率、低噪声领域有着广阔的应用前景。在实际应用中，耗尽型HEMT可以与一个低压Si基MOSFET结合应用于高压领域。
[0003]耗尽型HEMT器件具备高饱和电流的优点，但是器件的有效关断具有较大的挑战。器件的有效关断意味着栅极具有良好的调控，这需要栅电极和半导体之间实现绝缘。良好的绝缘性需要增加栅介质的厚度或者使用介电常数更高的介质材料，这会导致阈值电压的增大，削弱栅极的调控效果。为了降低阈值电压，往往需要减薄栅介质层的厚度，而过薄的栅介质层又会导致栅极漏电流的增加。
技术实现思路
[0004]本专利技术针对上述问题，至少克服一个，提出了一种P型多晶硅/AlGaN异质结耗尽型HEMT器件及其制备方法。
[0005]本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]本申请提供一种P型多晶硅/AlGaN异质结耗尽型HEMT器件，包括：
[0007]衬底；
[0008]GaN层，所述GaN层设置在所述衬底的上方，所述GaN层为未掺杂的GaN；
[0009]第一AlGaN层，所述第一AlGaN层设置在所述GaN层的上方，所述第一AlGaN层为未掺杂的AlGaN，所述第一AlGaN层与所述GaN层之间形成有二维电子气；
[0010]第二AlGaN层，第二AlGaN层设置在所述第一AlGaN层的上方，所述第二AlGaN层为含有Si掺杂AlGaN，所述第二AlGaN层为N型Si
‑
AlGaN；
[0011]多晶硅层，所述多晶硅层设置在所述第二AlGaN层上，所述多晶硅层为P型多晶硅，所述多晶硅层与所述第二AlGaN层形成异质结；
[0012]栅介质层，所述栅介质层设置在所述第二AlGaN层上方，且包覆在所述多晶硅层外周；
[0013]栅电极，所述栅电极设置在所述栅介质层上方；
[0014]源电极以及漏电极，所述源电极设置在所述第二AlGaN层上，所述源电极设置在所述第二AlGaN层上，且所述源电极与所述漏电极互不相连。
[0015]P型多晶硅与掺杂的第二AlGaN层形成异质结，同时形成具有第二AlGaN层指向多晶硅层的内建电场，当向栅电极施加负电压时，内建电场与外部电场方向相同，使得不需要很高的栅压，即也不需要减薄栅介质层的厚度，就可以有效的将器件关断，实现低阈值电压
有效调控器件关断的目的。
[0016]实际应用时，AlGaN与GaN晶格结构都是非中心对称的，其本身固有自发极化效应并形成二维电子气，使得制备的器件具有高电子迁移率。
[0017]实际使用时，所述第一AlGaN层还具有隔绝泄漏电流的作用。
[0018]实际使用时，所述栅电极、所述源电极以及所述漏电极为Ti/Al电极，其中Ti层设置在靠近所述第二AlGaN层的一侧，Ti层的厚度为20nm～40nm，Al的厚度为200nm～300nm。
[0019]进一步的，还包括AlN插入层，所述AlN插入层设置在所述第一AlGaN层与所述GaN层之间，所述AlN插入层用于提高二维电子气的浓度；
[0020]所述AlN插入层的厚度为0.5nm～2nm。
[0021]进一步的，所述第二AlGaN层中Si的掺杂浓度为2
×
10
18
cm
‑3～5
×
10
18
cm
‑3。
[0022]所述第二AlGaN层中掺杂Si可以使所述第二AlGaN层与金属电极之间形成良好的接触，保证电流的流畅以及器件稳定运行。
[0023]进一步的，所述GaN层的厚度为3μm～4μm；所述第一AlGaN层的厚度为5nm～10nm；所述第二AlGaN层的厚度为10nm～20nm；所述多晶硅层的厚度为200nm～300nm；所述栅介质层为SiO2，所述栅介质层的厚度为50nm～80nm。
[0024]进一步的，所述P型多晶硅为磷烷掺杂，载流子浓度为2
×
10
18
cm
‑3～4
×
10
18
cm
‑3。
[0025]使用磷烷掺杂可使P型多晶硅保持良好的掺杂均匀性。
[0026]进一步的，所述衬底为蓝宝石衬底，P型多晶硅/AlGaN异质结耗尽型HEMT器件还包括GaN缓冲层，所述GaN缓冲层设置在所述衬底与所述GaN层之间，所述GaN缓冲层的厚度为3μm～4μm。
[0027]实际运用中，相比于GaN同质外延衬底，蓝宝石衬底是常用异质外延衬底，具有相对容易制备、价格低廉的优点，其在LED领域有着广泛应用，但GaN和Al2O3具有比较大的晶格失配和热膨胀系数失配。所述GaN缓冲层的设置可以减弱GaN与蓝宝石衬底的晶格失配和热膨胀系数失配，同时也能够生长出高质量的所述GaN层。
[0028]本申请还提供一种P型多晶硅/AlGaN异质结耗尽型HEMT器件制备方法，包括：
[0029]提供衬底；
[0030]在所述衬底的上方形成未掺杂的GaN层；
[0031]在所述GaN层的上方形成未掺杂的第一AlGaN层，所述第一AlGaN层与所述GaN层之间形成有二维电子气；
[0032]在所述第一AlGaN层的上方形成第二AlGaN层，所述第二AlGaN层为含有Si掺杂AlGaN，所述第二AlGaN层中Si的掺杂浓度为2
×
10
18
cm
‑3～5
×
10
18
cm
‑3；
[0033]在所述第二AlGaN层上形成多晶硅层，所述多晶硅层为P型多晶硅，所述多晶硅层与所述第二AlGaN层形成异质结，所述P型多晶硅为磷烷掺杂，载流子浓度为2
×
10
18
cm
‑3～4
×
10
18
cm
‑3；
[0034]在所述第二AlGaN层上方以及所述多晶硅层外周形成栅介质层；
[0035]在所述栅介质层上方形成栅电极；
[0036]在所述第二AlGaN层上形成源电极；
[0037]在所述第二AlGaN层上形成源电极，所述源电极与所述漏电极互不相连。
[0038]沉积的P型多晶硅与掺杂的第二AlGaN层形成内建电场，内建电场方向与所施加栅
极电场方向相同，以此能够辅助栅极的调控，增强调控能力，最终达到降低阈值电压、提高开关比和跨导的效果。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种P型多晶硅/AlGaN异质结耗尽型HEMT器件，其特征在于，包括：衬底；GaN层，所述GaN层设置在所述衬底的上方，所述GaN层为未掺杂的GaN；第一AlGaN层，所述第一AlGaN层设置在所述GaN层的上方，所述第一AlGaN层为未掺杂的AlGaN，所述第一AlGaN层与所述GaN层之间形成有二维电子气；第二AlGaN层，第二AlGaN层设置在所述第一AlGaN层的上方，所述第二AlGaN层为含有Si掺杂AlGaN；多晶硅层，所述多晶硅层设置在所述第二AlGaN层上，所述多晶硅层为P型多晶硅，所述多晶硅层与所述第二AlGaN层形成异质结；栅介质层，所述栅介质层设置在所述第二AlGaN层上方，且包覆在所述多晶硅层外周；栅电极，所述栅电极设置在所述栅介质层上方；源电极以及漏电极，所述源电极设置在所述第二AlGaN层上，所述源电极设置在所述第二AlGaN层上，且所述源电极与所述漏电极互不相连。2.如权利要求1所述的一种P型多晶硅/AlGaN异质结耗尽型HEMT器件，其特征在于，还包括AlN插入层，所述AlN插入层设置在所述第一AlGaN层与所述GaN层之间，所述AlN插入层用于提高二维电子气的浓度；所述AlN插入层的厚度为0.5nm～2nm。3.如权利要求1所述的一种P型多晶硅/AlGaN异质结耗尽型HEMT器件，其特征在于，所述第二AlGaN层中Si的掺杂浓度为2
×
10
18
cm
‑3～5
×
10
18
cm
‑3。4.如权利要求1所述的一种P型多晶硅/AlGaN异质结耗尽型HEMT器件，其特征在于，所述GaN层的厚度为3μm～4μm；所述第一AlGaN层的厚度为5nm～10nm；所述第二AlGaN层的厚度为10nm～20nm；所述多晶硅层的厚度为200nm～300nm；所述栅介质层为SiO2，所述栅介质层的厚度为50nm～80nm。5.如权利要求1所述的一种P型多晶硅/AlGaN异质结耗尽型HEMT器件，其特征在于，所述P型多晶硅为磷烷掺杂，载流子浓度为2
×
10
18
c...
【专利技术属性】
技术研发人员：李京波，韩理想，王小周，龚彬彬，刘传凯，
申请(专利权)人：浙江芯科半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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