[发明专利]一种高耐压双栅极横向HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高耐压双栅极横向HEMT器件，包括位于衬底上的缓冲层以及依次层叠于缓冲层上的GaN沟道层、AlN插入层和AlGaN势垒层组成的叠层，还包括p型埋层、位于p型埋层上的栅极和位于势垒层上的源/漏极和Γ型栅；沿厚度方向上，p型埋层自缓冲层靠近沟道层的表面朝向缓冲层中远离沟道层的一侧延伸一定深度；源极和漏极位于势垒层表面；源极和漏极之间设置一栅槽，Γ型栅位于栅槽中并朝向漏极一侧延伸；沿长度方向上，p型埋层自栅极下方延伸至栅槽下方。通过p型埋层的引入、双栅结合AlGaN/AlN/GaN异质结的结构设置，本发明获得了低导通电阻、高饱和电流、高击穿电压和低泄漏电流HEMT器件。

技术领域

本发明涉及HEMT器件技术领域，尤其涉及一种高耐压双栅极横向HEMT器件及其制备方法。

背景技术

AlGaN/GaN HEMT器件，在高功率、高工作温度、强抗辐照能力等性能方面的潜能已然超越了Si基功率器件，其不仅具有GaN材料的优势，而且AlGaN/GaN异质结界面处产生极化电场，能够形成高迁移率和高载流子面密度的二维电子气(2DEG)，在电力电子领域受到了极大的关注。

虽然AlGaN/GaN HEMT器件在理论上具有很高的耐压特性，但实际器件的击穿电压只有几百伏，离GaN材料的理论耐压极限还有很大差距，限制着GaN基HEMT器件的大规模应用。其耐压低的主要原因有：(1)栅极电场的集中效应。当器件处在关断状态下时，电场线集中在栅极边缘，在栅极靠漏一侧出现电场峰值，使器件提前击穿；(2)缓冲层的泄漏电流。在关断状态下，从源极注入的电子经过缓冲层到达漏极形成电流通道，造成器件的提前击穿。因此，提高HEMT器件的耐压能力对改善其性能具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种高耐压双栅极横向HEMT器件及其制备方法，以克服现有技术中的不足，获得低导通电阻、高饱和电流、高击穿电压和低泄漏电流的HEMT器件。

本发明提供的高耐压双栅极横向HEMT器件，既可由P型栅极与MIS槽栅共同控制，同时也可由P型栅极与MIS栅独立控制。通过在部分GaN沟道层中离子注入形成p型埋层，形成了独立的P-GaN栅极结构，参与调控沟道层的二维电子气。其作用机理如下：p型埋层与GaN沟道层构成PN结，形成空间电荷区，消耗一部分2DEG，提高了器件的阈值电压。p型GaN栅极位于AlGaN势垒层、AlN插入层和GaN沟道层构成的AlGaN/AlN/GaN异质结叠层一侧，在器件工作状态下，P-GaN栅极接正电压，GaN沟道层的源极接负电压，此时PN结正向导通，空间电荷区减小，降低了源漏的导通电阻，提高了正向输出电流。当器件处于关断状态，P-GaN栅极接负电压，GaN沟道层的漏极接正电压，PN结处于反向偏压，同时与GaN缓冲层也形成PN结反向偏压，不仅减少了栅极泄漏电流，也减少了缓冲层的泄漏电流，大大提高了器件的耐压特性。而MIS槽栅则是通过刻蚀部分AlGaN势垒层形成，降低了栅极下方势垒层的厚度，使阈值电压正移，提高栅控能力。同时，在MIS槽栅朝向漏极一侧引入Γ型栅场板，能够优化栅极电场分布，减低栅极电场集中效应，提高器件的耐压特性。

其次在GaN沟道层和AlGaN势垒层之间插入AlN层形成更深而窄的量子阱，提高了沟道电子密度，同时抑制2DEG渗入到AlGaN势垒层中，提高了沟道电子迁移率且抑制了电流崩塌。

另外，本发明的横向HEMT器件的制备方法简单，可行性高，制备的器件稳定性良好。基于上述目的，本发明至少提供如下技术方案：

一种高耐压双栅极横向HEMT器件，包括：衬底、位于衬底上的缓冲层以及依次层叠于缓冲层上的GaN沟道层、AlN插入层和AlGaN势垒层组成的叠层，还包括p型埋层、位于p型埋层上的p型栅极和位于势垒层上的源极、漏极和Γ型栅；其中，沿厚度方向上，p型埋层自所述缓冲层靠近沟道层的表面朝向缓冲层中远离所述沟道层的一侧延伸一定深度；源极和漏极位于势垒层表面；源极和漏极之间还设置一栅槽，该栅槽延伸至势垒层中一定深度，一高介电介质层设置于该栅槽内壁，Γ型栅位于该栅槽中并沿栅槽指向漏极的方向延伸；沿长度方向上，p型埋层自栅极下方延伸至栅槽下方。