[发明专利]一种增强型GaN HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种增强型GaN HEMT器件及其制备方法，包括衬底以及设置在衬底上的HEMT异质结结构；所述的HEMT异质结结构顶层为薄AlGaN势垒层；在薄AlGaN势垒层上方分别设置漏极、源极和栅极；薄AlGaN势垒层上方在栅极与源极之间、栅极与漏极之间设置介质层用于提高沟道的二维电子气浓度；所述的薄AlGaN势垒层与漏极、源极为欧姆接触，与栅极为肖特基接触。优点在于，通过采用薄AlGaN势垒层使HEMT器件栅极区域的沟道处于耗尽截止状态，在栅‑漏、栅‑源之间的区域则通过调控介质层作用来提高其沟道的二维电子气浓度，从而实现具有较小导通电阻的增强型器件。

技术领域

本发明涉及一种GaN HEMT器件及其制备方法。

背景技术

氮化镓(GaN)作为最具代表性的第三代宽禁带半导体材料，凭借其优良的理化特性，在射频微波和电力电子领域的应用前景十分广阔。由于自发极化和压电极化的双重作用，在AlGaN/GaN异质结结构的量子阱中可形成高浓度的二维电子气(2DEG)，具有高迁移率和高饱和漂移速度。因而，基于AlGaN/GaN异质结制备的高电子迁移率晶体管(HEMT)有着优异的性能，被业界广泛关注。

通常情况下，2DEG会在异质结形成的同时形成，所以基于该结构制得的HEMT是耗尽型的器件。然而，增强型HEMT器件在实际应用中更具优势，因为增强型器件仅需要单电压供电且具有失效保护的特性。研究发现，当AlGaN势垒层厚度小于某一临界值时，AGaN/GaN异质结中不能形成2DEG，见参考文献O.Ambacher et al.,“Two-dimensioal electrongases induced by spontaneous and piezoelectric polarization charges in N-andGa-face AlGaN/GaN heterostructures,”J.Appl.Phys.,vol.85,no.6,pp.3222-3233,Mar,1999。这一研究报道为实现增强型HEMT器件提供了一种思路：通过在HEMT器件的栅极区域局部减薄AlGaN势垒层，耗尽下方的2DEG，实现增强型HEMT器件。

专利文献[中国专利申请公开号CN 105609551A]和参考文献S.Liu et al.,Enhancement-mode operation of nanochannel array(NCA)AlGaN/GaN HEMT,IEEEElectron Device Lett.,vol.33,no.3,pp.354-356,Mar.2012分别提出通过刻蚀势垒层的方法实现增强型器件。但是，上述方法往往容易造成材料损伤，而且刻蚀均匀性较难控制，导致器件导通电阻大、稳定性差和阈值电压分布不均匀等问题。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种基于介质层调控的增强型GaNHEMT器件及其制备方法，以实现器件导通电阻小、稳定性好和阈值电压分布均匀。

本发明所述的一种增强型GaNHEMT器件，包括：衬底以及设置在衬底上的HEMT异质结结构；所述的HEMT异质结结构顶层为薄AlGaN势垒层；在薄AlGaN势垒层上方分别设置漏极、源极和栅极；薄AlGaN势垒层上方在栅极与源极之间、栅极与漏极之间设置介质层用于提高沟道的二维电子气浓度；所述的薄AlGaN势垒层与漏极、源极为欧姆接触，与栅极为肖特基接触。

优选地，所述的薄AlGaN势垒层由外延生长得到。

优选地，所述的薄AlGaN势垒层厚度小于6nm。

优选地，设有有源区和隔离区；所述的漏极、源极和栅极均设置在有源区上方；所述的隔离区设置在有源区外侧，用于将有源区与外部电气件隔离。

优选地，所述的HEMT异质结结构由下而上依次外延生长缓存层、高阻层、沟道层、阻挡层和薄AlGaN势垒层。

优选地，所述的高阻层为高阻GaN层，或沟道层为GaN沟道层，或阻挡层为AlN阻挡层。