[发明专利]一种GaN基增强型HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明具体涉及一种GaN基增强型HEMT器件及其制备方法。该器件包括衬底及外延层，外延层从下至上依次包括缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、P型AlGaN势垒层，还包括AlGaN氧化层、钝化层、源漏金属层和栅金属层。源漏金属层蒸镀在源漏极区域的AlGaN势垒层之上，栅金属层叠置在P型AlGaN势垒层之上，AlGaN氧化层侧壁与P型AlGaN势垒层侧壁相接，AlGaN氧化层处于源漏极和P型AlGaN势垒层之间。本发明的P型AlGaN作为栅极势垒层可以将栅极沟道处的二维电子气耗尽，该HEMT器件为增强型；可以实现自对准氧化，同时避免了刻蚀P型AlGaN单晶层时带来的离子损伤等问题。

技术领域

本发明涉及半导体集成技术领域，尤其涉及一种GaN基增强型HEMT器件及其制备方法。

背景技术

GaN材料及器件的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点。GaN材料与SiC和金刚石材料一起被誉为第三代半导体材料。GaN材料具有禁带宽度宽、临界击穿电场高、电子饱和速度高、热导率高、异质结界面二维电子气浓度高等优点，是下一代功率器件的理想替代品。

传统的GaN器件的工作模式多为耗尽型器件，在开关型电路中，存在功耗高和设计复杂的问题。为了满足GaN电力电子器件的商用需求，提高电路工作的安全性，GaN基增强型HEMT(高电子迁移率晶体管)器件已经成为当前的一个重要的研究方向。

为了实现增强型工作，目前GaN基增强型HEMT器件的实现一种是采用P型势垒层，以耗尽栅极下方区域的二维电子气，实现增强型工作。其它区域的P型势垒层的材料层通过干法刻蚀的方法去除，对刻蚀设备要求比较高，而且会造成晶格损伤，工艺重复性差，影响器件的稳定性和可靠性。无刻蚀GaN基增强型HEMT器件具有重要的研究价值和广阔的应用前景。

发明内容

本发明目的在于采用P型AlGaN势垒层，栅极区域以外的P型AlGaN势垒层的材料层采用氧化的方法形成AlGaN氧化层，实现无刻蚀的GaN基增强型HEMT器件，本发明将公开一种GaN基增强型HEMT器件及其制备方法。

为达到上述目的，本发明提供一种GaN基增强型HEMT器件，所述GaN基增强型HEMT器件包括衬底、缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、P型AlGaN势垒层，AlGaN氧化层、钝化层、源漏金属层和栅金属层。

所述缓冲层叠置在所述衬底之上；所述GaN沟道层叠置在所述缓冲层之上：所述AlGaN势垒层叠置在所述GaN沟道层之上；所述P型AlGaN势垒层叠置在所述AlGaN势垒层之上靠近一侧的位置；所述AlGaN氧化层叠置在所述AlGaN势垒层之上，且其一侧与所述P型AlGaN势垒层相接；所述源漏金属层叠置在所述AlGaN势垒层之上的两侧，且其靠近栅极一侧与所述AlGaN氧化层相接；所述钝化层叠置在所述AlGaN氧化层之上；所述栅金属层叠置在所述P型AlGaN势垒层上。

所述衬底为硅、蓝宝石、碳化硅单晶衬底中的一种。

所述缓冲层可以为AlN、AlGaN、GaN中的一种或其叠层组合而成，所述缓冲层的厚度在1微米-3微米之间。

所述GaN沟道层的厚度在1纳米-500纳米之间。

所述AlGaN势垒层的厚度在3埃-100纳米之间。

所述P型AlGaN势垒层的厚度在1纳米-100纳米之间；所述P型AlGaN势垒层的掺杂元素为Mg，掺杂浓度在1×10¹⁸-1×10²⁰cm^-3之间，所述AlGaN氧化层和所述P型AlGaN势垒层中Al、Ga和Mg的原子比相同，所述AlGaN氧化层是所述P型AlGaN势垒层的材料层经过氧化形成；所述P型AlGaN势垒层中Al的组分为x，Ga的组分为1-x，x的取值范围为0≤x≤1，所述P型AlGaN势垒层中Al、Ga、N的原子比为x：(1-x)：1。