[發明專利]GaN基的p-GaN增強型HEMT器件及其制作方法

在審

• 申請號: 201711278188.6
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN109888008A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 趙杰;付凱;宋亮;郝榮暉;陳扶;于國浩;蔡勇;張寶順
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06;H01L21/335
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發明公開了一種GaN基的p?GaN增強型HEMT器件及其制作方法。所述器件包括：隧道結構，其包括異質結，所述異質結包括溝道層和勢壘層，且所述異質結內形成有二維電子氣；帽層，其至少對隧道結構的局部區域形成三維包覆，并至少用以將所述異質結內分布于柵下區域的二維電子氣耗盡；源極、漏極，其分別設置在所述隧道結構兩端；柵極，其對所述帽層的形成三維包覆。本發明的HEMT器件具有閾值電壓高，p?GaN帽層摻雜濃度及厚度要求低等優點。

技術領域

本發明涉及一種HEMT器件，具體涉及一種GaN基的p-GaN增強型HEMT器件及其制作方法，屬于半導體器件技術領域。

背景技術

GaN材料作為第三代半導體材料，具有更寬的禁帶寬度，更高的遷移率，更大的擊穿電場的特點，在功率器件、微波器件、射頻器件等應用領域都有著顯著的優勢。由于材料本身的自發極化效應與材料間晶格差別的壓電極化效應，在AlGaN/GaN異質結的界面處自然地形成高濃度、高遷移率的二維電子氣。二維電子氣的存在極大的提高了載流子遷移率，可降低導通電阻，降低器件的響應時間，提高器件性能。

GaN基HEMT器件由于自身存在的高濃度、高遷移率的二維電子氣，使器件在柵壓零偏壓時，器件本身處于導通狀態，稱之為耗盡型器件。需要器件關斷時，要在柵電極上施加負偏壓才能實現。而在實際電路運用過程中，需要一個負壓電源設計，這樣就進一步增加了能耗，并且存在一定的不安全性，所以在實際使用過程中對于增強型HEMT器件(常關)需求必不可少。

目前現有的增強型HEMT的實現主要集中在四種方法分別是：凹柵、柵下F離子注入、cascode級聯以及p-GaN帽層，但是這幾種常規方法也都存在各自的缺點。例如：凹柵技術實現增強型，需要將柵下的勢壘層部分去除掉，使柵下溝道內二維電子氣的濃度降低，達到增強型效果，缺點在于對于刻蝕的精度要求過高，并且刻蝕容易導致界面的改變，引入界面態，影響器件的性能。柵下F離子注入是利用F離子來耗盡柵下的二維電子氣，缺點在于F離子注入的不穩定性，導致器件的閾值不穩定。cascode級聯是將耗盡型器件與Si器件進行級聯來實現增強型的方法，缺點在于增加能耗以及受限于Si器件的性能要求。p-GaN帽層的方法是通過極化方式調控溝道內二維電子氣，但是受限于較低的激活率，實現高摻雜濃度的p-GaN較為困難，因此要實現增強型需要的p-GaN帽層較厚，這樣就導致柵驅動能力下降。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種GaN基的p-GaN增強型HEMT器件及其制作方法。

為實現以上發明目的，本發明采用了如下所述的技術方案：

本發明實施例提供了一種GaN基的p-GaN增強型HEMT器件，其包括：

隧道結構，其包括異質結，所述異質結包括溝道層和勢壘層，且所述異質結內形成有二維電子氣；

帽層，其至少對隧道結構的局部區域形成三維包覆，并至少用以將所述異質結內分布于柵下區域的二維電子氣耗盡；

源極、漏極，其分別設置在所述隧道結構兩端；以及

柵極，其對所述帽層的形成三維包覆。

進一步地，所述HEMT器件還包括緩沖層，所述緩沖層的局部區域為相對凸起部，所述溝道層形成在所述相對凸起部上，且所述隧道結構包括所述相對凸起部。

進一步地，所述帽層選用p-GaN帽層。

進一步地，所述帽層連續覆蓋所述隧道結構的兩個側壁的局部區域及頂面的局部區域。

進一步地，所述隧道結構上還包覆有絕緣介質層，所述絕緣介質層上形成有用以使帽層與勢壘層接觸的窗口。

進一步地，所述緩沖層設置在襯底上。