【技术实现步骤摘要】
一种高击穿电压增强型氮化镓器件及其制备方法
[0001]本专利技术涉及一种高击穿电压增强型氮化镓器件及其制备方法，属于微电子晶体管研究
技术介绍
[0002]当今社会，电动汽车、高速铁路、5G通信、航空航天等领域的技术正在高速发展，导致对更高击穿电压、更大输出功率的半导体晶体管的需求日益迫切。传统的硅晶体管的击穿电压、输出功率较低，在大功率、高电压的工作环境下容易损坏。相比于硅材料，氮化镓(GaN)具有更宽的带隙，更强的原子键、更稳定的化学性质，使其具有优良的热导率，更高的电子漂移速度，和更高的击穿电压，在消费性电子产品、服务器、电动汽车和工业制造等领域的具有广阔的应用前景。由GaN材料制备的GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)由于极化效应，具有二维电子气(2DEG)，无需掺杂就能得到高电子迁移率的性能，较大地降低了导通电阻，提高了频率特性。
[0003]AlGaN/GaN HEMT也有局限性，由于常规的AlGaN/GaN HEMT为耗尽性器件，无法直接应用在集成电路中，而凹槽栅和F基气体处理等方法虽然可以实现增强型功能，但其对工艺的精度要求较高，且器件的性能不够稳定。目前商用的增强型GaN HEMT器件普遍使用p
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GaN帽层耗尽栅极下方的2DEG，从而实现增强型的功能。但p
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GaN HEMT的击穿电压一般不超过650V，工艺中通常使用生长钝化层和制作场版(FP)来提高器件的击穿电压，但其效果十分有限，且增加了工艺的复杂度，提高了成本并降低了器件良率。>[0004]中国专利文件CN110429132A公开了一种增强型GaN器件的制备方法，其通过对冒层的设计来实现器件的增强型，但其器件击穿电压并未实现针对性的提高。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种GaN高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)集成GaN极化超级结的器件结构，实现了GaN HEMT增强型功能的同时还具有极高的击穿电压。
[0006]本专利技术基于未掺杂的GaN冒层和P型掺杂的GaN冒层结构，实现了高击穿电压的增强型GaN功率器件的制备，增强型器件的实现是氮化镓功率器件实现应用的前提。器件结构简单，栅极调控能量强，该击穿电压的提高，基于未掺杂的GaN冒层的选择性刻蚀，具有易操作，工艺简单，击穿电压提高明显等优势。本专利技术生长条件稳定，可重复性强，器件所实现的增强型和高电压是功率器件所需要重点解决的关键问题。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种高击穿电压增强型氮化镓高电子迁移率晶体管，包括衬底(1)，位于衬底上的AlN成核层(2)，AlN成核层上方为无掺杂GaN缓冲层(3)，无掺杂GaN缓冲层上方为AlN插层(4)，AlN插层上方为AlGaN势垒层(5)，AlGaN势垒层上方右侧为无掺杂GaN层(6)，AlGaN势垒层上方左侧为第一p
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GaN帽层(7)，无掺杂GaN层上方为第二p
‑
GaN帽层(8)，AlGaN势垒层上方且第一p
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GaN帽层左侧为金属源电极(9)，AlGaN势垒层上方且无掺杂GaN层右侧为金属漏
电极(10)，金属源电极右侧的第一p
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GaN帽层上方为T型金属栅电极(11)，金属漏电极左侧的第二p
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GaN帽层上方为金属基电极(12)，AlGaN势垒层(5)上方除金属源电极、金属漏电极、金属栅电极、金属基电极外均覆盖有SiO2钝化层。
[0009]所述AlN成核层(2)、无掺杂GaN缓冲层(3)、AlN插层(4)、AlGaN势垒层(5)、无掺杂GaN层(6)、第一p
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GaN帽层(7)、金属源电极(9)、金属漏电极(10)、T型金属栅电极(11)组成异质结场效应晶体管，所述AlN成核层(2)、无掺杂GaN缓冲层(3)、AlN插层(4)、AlGaN势垒层(5)、无掺杂GaN层(6)、第二p
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GaN帽层(8)、金属源电极(9)、金属基电极(12)组成极化异质结二极管。
[0010]根据本专利技术优选的，所述衬底材料(1)的材料为蓝宝石、硅、碳化硅。
[0011]根据本专利技术优选的，所述AlN成核层(2)的厚度为3
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300nm，进一步优选的，AlN成核层(2)的厚度为100nm。
[0012]根据本专利技术优选的，所述无掺杂GaN缓冲层(3)的厚度为0.5
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10μm，进一步优选的，无掺杂GaN缓冲层(3)的厚度为2μm。
[0013]根据本专利技术优选的，所述AlN插层(4)的厚度为0.5
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2nm，进一步优选的，AlN插层(4)的厚度为1nm。
[0014]根据本专利技术优选的，所述AlGaN势垒层(5)的厚度为20
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70nm，Al的摩尔比为12
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30％，进一步优选的，AlGaN势垒层(5)的厚度为47nm，Al的摩尔比为25％。
[0015]根据本专利技术优选的，所述无掺杂GaN层(6)的厚度为30
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80nm，进一步优选的，无掺杂GaN层(6)的厚度为50nm。
[0016]根据本专利技术优选的，所述第一p
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GaN帽层(7)的厚度为60
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120nm，进一步优选的，第一p
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GaN帽层(7)的厚度为80nm。
[0017]根据本专利技术优选的，所述第二p
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GaN帽层(8)的厚度为60
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120nm，进一步优选的，第二p
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GaN帽层(8)的厚度为80nm。
[0018]根据本专利技术优选的，所述的金属源电极(9)和金属漏电极(10)的材料为Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Mo/Au金属叠层，进一步优选的，金属源电极(9)和金属漏电极(10)的材料为Ti/Al/Ni/Au金属叠层。
[0019]根据本专利技术优选的，所述的T型金属栅电极(11)的材料为Ni/Au、Pt/Al或Pd/Au金属叠层，进一步优选的，T型金属栅电极(11)的材料为Ni/Au金属叠层。
[0020]根据本专利技术优选的，所述的金属基电极(12)的材料为Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Mo/Au金属叠层，进一步优选的，金属基电极(12)的材料为Ti/Al/Ni/Au金属叠层。
[0021]一种高击穿电压增强型氮化镓高电子迁移率晶体管的制备方法，包括以下步骤：
[0022]S1、使用MOCVD在衬底上外延生长AlN成核层、无掺杂GaN缓冲层、AlN插层、AlGaN势垒层、无掺杂GaN层；
[0023]S2、通过干法刻蚀去除部分无掺杂GaN层(6)；
[0024]S3、在AlGaN势垒层和无掺杂GaN层的上方生长SiO2作为掩膜；
[0025]S4、在AlGaN势垒本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高击穿电压增强型氮化镓器件，其特征在于，包括衬底，位于衬底上方为AlN成核层，AlN成核层上方为无掺杂GaN缓冲层，无掺杂GaN缓冲层上方为AlN插层，AlN插层上方为AlGaN势垒层，AlGaN势垒层上方右侧为无掺杂GaN层，AlGaN势垒层上方左侧为第一p
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GaN帽层，无掺杂GaN层上方为第二p
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GaN帽层，AlGaN势垒层上方且第一p
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GaN帽层左侧为金属源电极，AlGaN势垒层上方且无掺杂GaN层右侧为金属漏电极，金属源电极右侧的第一p
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GaN帽层上方为T型金属栅电极，金属漏电极左侧的第二p
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GaN帽层上方为金属基电极，AlGaN势垒层上方除金属源电极、金属漏电极、金属栅电极、金属基电极外均覆盖有SiO2钝化层；所述AlN成核层、无掺杂GaN缓冲层、AlN插层、AlGaN势垒层、无掺杂GaN层、第一p
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GaN帽层、金属源电极、金属漏电极、T型金属栅电极组成异质结场效应晶体管，所述AlN成核层、无掺杂GaN缓冲层、AlN插层、AlGaN势垒层、无掺杂GaN层、第二p
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GaN帽层、金属源电极、金属基电极组成极化异质结二极管。2.根据权利要求1所述的高击穿电压增强型氮化镓器件，其特征在于，所述高击穿电压增强型氮化镓器件包含以下方案的一种或多种：Ⅰ、所述衬底的材料为蓝宝石、硅、碳化硅；Ⅱ、所述AlN成核层的厚度为3
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300nm；Ⅲ、所述无掺杂GaN缓冲层的厚度为0.5
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10μm；Ⅳ、所述AlN插层的厚度为0.5
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2nm；
Ⅴ
、所述AlGaN势垒层的厚度为20
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70nm，Al的摩尔比为12
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30％；
Ⅵ
、所述无掺杂GaN层的厚度为30
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80nm；
Ⅶ
、所述第一p
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GaN帽层的厚度为60
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120nm；
Ⅷ
、所述第二p
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GaN帽层的厚度为60
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120nm；
Ⅸ
、所述的金属源电极和金属漏电极的材料为Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Mo/Au金属叠层的任意一种；
Ⅹ
、所述的T型金属栅电极的材料为Ni/Au、Pt/Al或Pd/Au金属叠层的任意一种；
Ⅺ
、所述的金属基电极的材料为Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Mo/Au金属叠层的任意一种。3.根据权利要求2所述的高击穿电压增强型氮化镓器件，其特征在于，AlN成核层的厚度为100nm，无掺杂GaN缓冲层的厚度为2μm，AlN插层的厚度为1nm；AlGaN势垒层的厚度为47nm，Al的摩尔比为25％；无掺杂GaN层的厚度为50nm，第一p
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GaN帽层的厚度为80nm，第二p
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GaN帽层的厚度为80nm，金属源电极和金属漏电极的材料为Ti/Al/Ni/Au金属叠层，T型金属栅电极的材料为Ni/Au金属叠层，金属基电极的材料为Ti/Al/Ni/Au金属叠层。4.一种制备权利要求1所述的高击穿电压增强型氮化镓器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、使用MOCVD在衬底上外延生长AlN成核层、无掺杂GaN缓...
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