[發明專利]一種高耐壓增強型的雙異質結柵極HEMT及其制備方法

在審

• 申請號: 202210382860.0
• 申請日: 2022-04-13
• 公開（公告）號: CN114744039A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 尹以安;李佳霖
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/80;H01L21/335
• 代理公司: 北京清控智云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11919
• 代理人: 仵樂娟

本發明涉及一種高耐壓增強型的雙異質結柵極HEMT及其制備方法，其包括依次層疊于襯底上的成核層、緩沖層、p型埋層、溝道層、插入層和勢壘層，勢壘層上設置有雙異質結柵極、源極和漏極，其中雙異質結柵極由PNP雙異質結帽層和位于雙異質結帽層上的柵極金屬層組成。該器件中雙異質結柵極與勢壘層接觸能夠耗盡溝道的二維電子氣，使得器件閾值電壓提高，且在器件想達到導通狀態時，PNP型雙異質結作為兩個面對面的二極管，這兩個二極管會消耗一定的壓降，使得達到溝道層的電壓減小，進而使得器件的閾值電壓進一步提高，且PNP型雙異質結能夠防止電子從柵極進入溝道層，從而減小了柵極泄漏電流，提高器件的擊穿電壓。

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，尤其涉及一種高耐壓增強型的雙異質結柵極HEMT及其制備方法。

背景技術

為了適應電力電子系統日益增長的功率密度、工作頻率、高溫適應能力、開關速度和電壓應用范圍需求，具有高功率和高工作頻率的功率電子器件逐漸成為功率半導體領域的研究熱點。GaN基HEMT充分利用了GaN材料的高禁帶寬度、高導熱系數、高臨界擊穿電場強度等優勢，逐漸成為功率器件的主流并具有廣泛而光明的應用前景。但在實際電路應用中，常規的GaN基HEMT器件需要一個負壓電源將器件關閉，這不僅增加了電路誤開啟的危險，也增加了整個電路的功耗。所以，增強型GaN基HEMT器件更適用于電力電子電路的設計，是目前的研究熱點和需要解決的一個難題。

另外，對于電力電子器件而言，高擊穿電壓可以擴大GaN HEMT的潛在應用范圍，所以GaN基HEMT器件的另一研究重點是：提高器件的擊穿電壓。在常見的AlGaN/GaN HEMT中，因為柵極漏電、緩沖層漏電、柵極靠近漏極邊緣的電場集中效應等因素，器件往往會被提前擊穿，還未到達GaN材料的理論極限，限制著GaN基HEMT器件的大規模應用。

發明內容

本發明提供一種閾值電壓高、擊穿電壓高和泄漏電流低的高耐壓增強型的雙異質結柵極HEMT及其制備方法。該HEMT器件通過雙異質結柵極的引入，使器件具有更高的閾值電壓、更小的柵極漏電流和更高的擊穿電壓。在勢壘層上生長PNP型的雙異質結結構，與勢壘層接觸的p型氮化物材料能夠耗盡溝道的二維電子氣(2DEG)，使得器件閾值電壓提高。同時，PNP型雙異質結可以看做兩個面對面的二極管，當器件要達到導通狀態時，這兩個二極管會消耗一定的壓降，使得達到溝道層的電壓減小，則需要提供更高的柵極電壓才能使得器件導通，即器件的閾值電壓進一步提高。另外，該PNP型雙異質結的設置能夠防止電子從柵極進入溝道層，從而減小了柵極泄漏電流，提高器件的擊穿電壓。另一方面，本發明的器件在緩沖層上引入p型埋層，提高了溝道層與緩沖層的能帶，防止電子進入緩沖層，從而減小緩沖層的泄漏電流，進一步提高了器件的耐壓特性。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種高耐壓增強型的雙異質結柵極HEMT，包括：襯底，依次層疊于襯底上的成核層、緩沖層、p型埋層、溝道層、插入層和勢壘層，所述勢壘層上設置有雙異質結柵極、源極和漏極，其中雙異質結柵極由PNP雙異質結帽層和位于雙異質結帽層上的柵極金屬層組成。

所述PNP雙異質結帽層由P型氮化物和N型氮化物層疊組成，所述P型氮化物的空穴濃度為1E17～1E18；所述N型氮化物的厚度為50～100nm。

所述P型氮化物的厚度為50～100nm；所述N型氮化物的厚度為50～100nm。

所述p型埋層選用p型氮化物，其空穴濃度為1E17～1E18，厚度為50～200nm。

所述P型氮化物和N型氮化物選用GaN、AlGaN、InGaN、AlInN、AlInGaN中的一種。

所述源極和所述漏極延伸至所述勢壘層中一定深度。

所述雙異質結柵極位于源極和漏極之間，雙異質結柵極與源極和漏極之間設置有鈍化層。