[实用新型]一种增强型GaN器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种增强型GaN器件。

背景技术

硅基芯片经历几十年发展，随着Si基CMOS尺寸不断缩小，其频率性能也不断提高，预计特征尺寸达到25nm时，其f_T可达490GHz。但Si材料的Johnson优值仅为0.5THzV，尺寸的缩小SiCMOS器件的击穿电压将远小于1V，这极大地限制了硅基芯片在超高速数字领域的应用。

近年来，人们不断地寻找其替代品，由于宽禁带半导体氮化镓(GaN)材料具有超高的Johnson优值(5THzV)，其器件沟道尺寸达到10nm量级时，击穿电压仍能保持10V左右，已逐渐的引起了国内外广泛的重视。在要求高转换效率和精确阈值控制、宽带、大动态范围的电路(如超宽带ADC、DAC)数字电子领域具有广阔和特殊的应用前景，支持国防通信、机载和空间系统。GaN基逻辑器件成为近几年超高速半导体领域研究的热点，正成为SiCMOS高速电路在数模和射频电路领域的后续发展中的有力竞争者，是国家重点支持的尖端技术，堪称信息产业的“心脏”。

采用GaNE/DHEMT形式的DCFL逻辑电路由于具有低功耗，单一电源，易于设计等优点，在国际上引起了广泛的关注，是制造LSI及VLSI电路的基础。但是，由于氮化物半导体缺少p沟道器件，无法形成低功耗的互补逻辑，增强型HEMT能够缓解缺少p沟道的问题，实现简化的电路结构，可以大大拓展该器件在低功耗数字电路中的应用。近年来，各国际知名半导体公司和大学已经对GaN基增强型器件的实现方法研究给予极大的关注。目前对增强型GaN基HEMT阈值电压的研究主要集中以下两个方面：

第一方面：在材料生长方面，通过降低Al组分、生长无极化电荷的AlGaN/GaN异质材料、生长InGaN或p-GaN盖帽层，来控制二维电子气浓度，

第二方面：在器件工艺方面，采用高功函数金属、MIS结构、刻蚀凹栅、F基等离子体处理，来控制表面电势，影响二维电子气浓度。

第一种方法中生长InGaN盖帽层和生长p-GaN盖帽层可以减少AlGaN一侧的导带弯曲度，降低栅极下方沟道的二维电子气浓度，实现增强型工作。但是引入了额外的生长工艺，需要多次MOCVD生长工艺，且步骤复杂，目前无法控制；

第二种方法中刻蚀凹栅，通过降低栅极到沟道的距离，是能够有效提高器件的阈值电压。同时，凹栅刻蚀能够提高器件跨导，提高AlGaN/GaN的高频性能，减少由于栅长减短而引起的短沟道效应。然而，刻蚀凹栅制作增强型AlGaN/GaNHEMT需要考虑精确的刻蚀深度，降低等离子体刻蚀引起的损伤，且刻蚀之后引起的栅极漏电流是提高凹栅器件稳定性最大的障碍。

因此，从上述这些方案可以看出，国内增强型GaNHEMT制作工艺并不成熟，尤其是增强型HEMT器件的阈值电压(Vth)无法实现稳定可靠正值，且器件漏电流问题较难解决，因而导致数字电路失效。

实用新型内容

本实用新型通过提供一种增强型GaN器件，解决了现有技术中该增强型GaN器件无法实现稳定可靠正值，且存在器件漏电流，导致数字电路失效的技术问题，进而改善栅极泄露电流，提升器件击穿电压，减小E/D数字电路功耗。

本实用新型实施例的技术方案具体为：

一种增强型GaN器件，包括：

衬底；

SiN/AlN成核层，SiN/AlN成核层位于所述衬底上；

第一GaN缓冲层，所述第一GaN缓冲层位于所述SiN/AlN成核层上；

AlN/GaN空间隔离层，所述AlN/GaN空间隔离层位于所述第一GaN缓冲层上；

第二GaN缓冲层，所述第二GaN缓冲层位于所述AlN/GaN空间隔离层上；

AlN势垒层，所述AlN势垒层位于所述第二GaN缓冲层上；

GaN帽层，所述GaN帽层位于所述AlN势垒层上；

隔离区，所述隔离区形成于所述GaN帽层两侧且深入至所述第一GaN缓冲层内部；

漏极和源极，所述漏极和源极分别位于所述GaN帽层的左右两侧；

栅槽，开设于所述漏极和源极之间的GaN帽层上，且所述栅槽底端位于所述GaN帽层内；

Al₂O₃钝化层，覆盖在所述源极和所述漏极之间的GaN帽层上和所述栅槽的内壁；