[发明专利]一种碳掺杂绝缘层的制备方法、HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明的目的是提供一种碳掺杂绝缘层的制备方法、HEMT器件及其制备方法，与现有技术相比，本发明的碳掺杂绝缘层的制备方法简洁高效，实用。等离子增强的碳离子注入增加了C的活性和均匀性。由于C进入到氮化镓的能级，从而导致形成了一层高阻区域，能够有效阻断器件的漏电，使得制备出来的碳掺杂绝缘层的漏电流大幅度下降，极大的提升了器件性能。本发明的HEMT器件具备高电阻率、高电子迁移率，低漏电流。比传统器件具有良好的电流密度和低泄漏电流，更高的器件击穿电压，具有良好导热性使器件能在较高温条件下工作。而且通过自支撑衬底材料，解决了现有的外延层晶格失配大，缺陷密度大的问题，改善了界面性能，进一步的提升了HEMT器件的性能，良品率。

技术领域

本发明属于半导体技术中的器件制造领域，具体的涉及一种HEMT器件及其制备方法。

背景技术

GaN基材料具有禁带宽度大、击穿场强高、极化系数高、电子迁移率和电子饱和漂移速度高等一系列材料性能优势,是制备新一代高性能电力电子器件的优选材料,具有重要的应用前景。GaN基材料对于光电子器件和微电子器件都有着极大的吸引力。GaN基材料具有禁带宽、击穿电压高、电子饱和漂移速度高以及热稳定性好等特点,而且同AlGaN合金材料能构成理想的异质结,其异质界面上大的导带偏移以及GaN基材料自身高的压电极化和自发极化强度可产生高密度的二维电子气，电子气密度比AlGaAs/GaAs异质结高约一个数量级，因而适于制作高温、高频、大功率电子器件。

目前，AlGaN/GaN异质结HEMT器件由于其电子饱和速度高、击穿场强高、截止频率高、饱和电流高等特点，十分适合高频高功率的工作场合，但面临着两个问题：散热性能不佳与饱和电子速率受限。目前最广泛应用的生长GaN材料的衬底是蓝宝石衬底，具有成本低、技术成熟、稳定性好、机械强度高等优点。

现阶段，由于异质结界面处的二维电子气存在,在实际应用中需要相对复杂的栅驱动电路,以及不满足失效安全要求。因此,在GaN基功率电子器件应用中,增强型GaN基HEMT成为了重要的技术目标。

由于GaN与AlGaN异质结界面处会形成二维电子气，二维电子气中具有极高的载流子浓度以及载流子迁移率，因此是制备HEMT器件的理想材料。现有技术的衬底都是基于硅，蓝宝石，碳化硅材料制备的，但是这些材料在作为基底时存在很多问题，其中异质外延可以降低器件成本，但由于会出现很大的晶格失配与热失配，直接在这些材料上面生长氮化镓时，很容易因为应力集中导致器件开裂，半绝缘的绝缘能力强弱会影响器件的漏电，同时由于氮化镓器件更多的应用在高温，高频环境对材料结构提出来更高的要求。严重影响商业化，另外不同衬底上面外延时，会发生很大的晶格失配和热失配。研究的主流是铁掺半绝缘衬底的HEMT材料的制备，但这种材料的工艺复杂，且铁掺的导热率很难提高，生产成本昂贵，不利于大规模生产。

因此合理的设计一种HEMT器件以及配套的可实施的制备方法来克服现有技术的不足是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种HEMT器件，以解决现有的HEMT器件散热性能不好，价格昂贵，不能在较高温条件下工作、外延层晶格失配大，缺陷密度大的技术问题。

本发明的另一目的是提供一种碳掺杂绝缘层的制备方法已解决现有的碳掺杂绝缘层漏电流较大的技术问题

本发明又一目的是提供一种HEMT器件的制备方法，以解决现有的HEMT器件的制备方法工艺复杂，且制备出来的器件散热性能差，界面性能不佳的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种HEMT器件，包括：

衬底；

GaN缓冲层，所述缓冲层结合于所述衬底的一表面；

碳掺杂绝缘层，所述碳掺杂绝缘层结合于所述GaN缓冲层离所述衬底的表面；

N型GaN外延层，所述N型GaN外延层结合于所述碳掺杂绝缘层背离所述缓冲层的表面；