[发明专利]一种倒装增强型GaN HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种倒装增强型GaN HEMT器件及其制备方法，倒装增强型GaN HEMT器件包括增强型GaN HEMT外延阵列、键合金属和目标衬底，目标衬底通过键合金属与增强型GaNHEMT外延阵列键合形成的倒装增强型GaN HEMT器件；能够将GaN HEMT阵列从刚性衬底释放出来，实现GaN HEMT外延薄膜的无损剥离；其释放了材料内部的应力，有效地避免了因缓冲层缺陷和衬底导电引起的垂直漏电问题，改善了GaN HEMT器件的稳定性能；同时能够实现增强型GaN HEMT的阵列转移，很大程度上缓解了器件的自热效应，能够获得非破坏性的高击穿电压，具有高频、高效、安全性高的特点，极大的拓宽了电子电力器件的应用范围。本发明可广泛应用于GaN HEMT器件技术领域。

技术领域

本发明涉及GaN HEMT器件技术领域，尤其是一种倒装增强型GaN HEMT器件及其制备方法。

背景技术

GaN因具有宽带隙、耐高温、大击穿电压的特点，成为新兴的第三代半导体研究材料。AlGaN/GaN异质结构由于自发极化和压电极化，在AlGaN与GaN界面电离产生高浓度和高电子迁移率的二维电子气(2DEG)，使其在电力电子器件和射频器件中备受关注。其中P-GaN栅增强型HEMT凭借消除负电源电压，稳定的阈值电压，利于集成的优势成为目前最为广泛使用的器件。

然而，HEMT在器件关断状态下不具备雪崩击穿能力，漏压超过额定耐压时，漏端电压会随漏电流一起增大，存在器件可靠性问题。研究发现，与MOSFET器件并联，当反向电压超过额定电压时触发并联器件的雪崩击穿效应，固定漏压，从而保护整体器件。同时为了减小衬底和外延材料的晶格匹配和热失配，选择外延衬底通常要求衬底在晶体结构、晶格常数上和外延材料相近，物理化学性质稳定。GaN只能外延到刚性衬底(Si，Sapphire)，很大程度上限制了其的应用领域。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种倒装增强型GaN HEMT器件及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一方面，本发明实施例包括一种倒装增强型GaN HEMT器件，包括增强型GaN HEMT外延阵列、键合金属和目标衬底，所述目标衬底通过所述键合金属与所述增强型GaN HEMT外延阵列键合形成所述倒装增强型GaN HEMT器件；

所述增强型GaN HEMT外延阵列包括从下往上依次层叠的：

衬底层、GaN缓冲层、重掺杂GaN牺牲层、P-GaN高阻层、目标层和P-GaN帽层；所述目标层包括AlGaN势垒层、AlN插入层和GaN过渡层；

所述增强型GaN HEMT外延阵列还包括：

设于所述目标层上表面的源电极和漏电极；

设于所述P-GaN帽层上表面的栅电极；

包裹所述增强型GaN HEMT外延阵列的SiO₂包裹层。

进一步地，所述目标衬底为si目标衬底和Si基MOSFET中的任意一种。

进一步地，所述衬底层的材料为N型掺杂硅材料、氮化镓材料、蓝宝石材料中的一种。

进一步地，所述GaN缓冲层的厚为1200～1500nm，所述GaN缓冲层包括厚度为200-500nm的成核层，厚度为500nm的轻掺杂层和厚度为500nm的未掺杂层；所述成核层为GaN成核层和AlN成核层中的任意一种；所述轻掺杂层的掺杂浓度为3～5×10¹⁸cm^-3。

进一步地，所述重掺杂GaN牺杂的掺杂浓度为1.0～2.0×10¹⁹cm^-3。