[發(fā)明專利]一種增強型GaN HEMT器件及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810297761.6
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108538908B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧星;李斌;陳志堅;黃沫
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 廣州市越秀區(qū)海心聯(lián)合專利代理事務所(普通合伙) 44295
• 代理人: 黃為

本發(fā)明公開了一種增強型GaN HEMT器件及其制備方法，包括襯底以及設(shè)置在襯底上的HEMT異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；所述的HEMT異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)頂層為薄AlGaN勢壘層；在薄AlGaN勢壘層上方分別設(shè)置漏極、源極和柵極；薄AlGaN勢壘層上方在柵極與源極之間、柵極與漏極之間設(shè)置介質(zhì)層用于提高溝道的二維電子氣濃度；所述的薄AlGaN勢壘層與漏極、源極為歐姆接觸，與柵極為肖特基接觸。優(yōu)點在于，通過采用薄AlGaN勢壘層使HEMT器件柵極區(qū)域的溝道處于耗盡截止狀態(tài)，在柵?漏、柵?源之間的區(qū)域則通過調(diào)控介質(zhì)層作用來提高其溝道的二維電子氣濃度，從而實現(xiàn)具有較小導通電阻的增強型器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種GaN HEMT器件及其制備方法。

背景技術(shù)

氮化鎵(GaN)作為最具代表性的第三代寬禁帶半導體材料，憑借其優(yōu)良的理化特性，在射頻微波和電力電子領(lǐng)域的應用前景十分廣闊。由于自發(fā)極化和壓電極化的雙重作用，在AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的量子阱中可形成高濃度的二維電子氣(2DEG)，具有高遷移率和高飽和漂移速度。因而，基于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)制備的高電子遷移率晶體管(HEMT)有著優(yōu)異的性能，被業(yè)界廣泛關(guān)注。

通常情況下，2DEG會在異質(zhì)結(jié)形成的同時形成，所以基于該結(jié)構(gòu)制得的HEMT是耗盡型的器件。然而，增強型HEMT器件在實際應用中更具優(yōu)勢，因為增強型器件僅需要單電壓供電且具有失效保護的特性。研究發(fā)現(xiàn)，當AlGaN勢壘層厚度小于某一臨界值時，AGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中不能形成2DEG，見參考文獻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。這一研究報道為實現(xiàn)增強型HEMT器件提供了一種思路：通過在HEMT器件的柵極區(qū)域局部減薄AlGaN勢壘層，耗盡下方的2DEG，實現(xiàn)增強型HEMT器件。

專利文獻[中國專利申請公開號CN 105609551A]和參考文獻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分別提出通過刻蝕勢壘層的方法實現(xiàn)增強型器件。但是，上述方法往往容易造成材料損傷，而且刻蝕均勻性較難控制，導致器件導通電阻大、穩(wěn)定性差和閾值電壓分布不均勻等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明目的在于提供一種基于介質(zhì)層調(diào)控的增強型GaNHEMT器件及其制備方法，以實現(xiàn)器件導通電阻小、穩(wěn)定性好和閾值電壓分布均勻。

本發(fā)明所述的一種增強型GaNHEMT器件，包括：襯底以及設(shè)置在襯底上的HEMT異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；所述的HEMT異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)頂層為薄AlGaN勢壘層；在薄AlGaN勢壘層上方分別設(shè)置漏極、源極和柵極；薄AlGaN勢壘層上方在柵極與源極之間、柵極與漏極之間設(shè)置介質(zhì)層用于提高溝道的二維電子氣濃度；所述的薄AlGaN勢壘層與漏極、源極為歐姆接觸，與柵極為肖特基接觸。

優(yōu)選地，所述的薄AlGaN勢壘層由外延生長得到。

優(yōu)選地，所述的薄AlGaN勢壘層厚度小于6nm。

優(yōu)選地，設(shè)有有源區(qū)和隔離區(qū)；所述的漏極、源極和柵極均設(shè)置在有源區(qū)上方；所述的隔離區(qū)設(shè)置在有源區(qū)外側(cè)，用于將有源區(qū)與外部電氣件隔離。

優(yōu)選地，所述的HEMT異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)由下而上依次外延生長緩存層、高阻層、溝道層、阻擋層和薄AlGaN勢壘層。

優(yōu)選地，所述的高阻層為高阻GaN層，或溝道層為GaN溝道層，或阻擋層為AlN阻擋層。