[实用新型]通过电荷工程实现的弱极化HEMT器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高电子迁移率晶体管，特别涉及一种通过电荷工程实现的弱极化HEMT器件，属于功率半导体技术领域。

背景技术

HEMT器件是充分利用半导体的异质结结构形成的二维电子气而制成的，与Ⅲ-Ⅵ族(如AlGaAs/GaAs HEMT)相比，Ⅲ族氮化物半导体由于压电极化和自发极化效应，在异质结构上如：AlGaN/GaN，能够形成高浓度的二维电子气。所以在使用Ⅲ族氮化物制成的HEMT器件中，势垒层一般不需要进行掺杂。Ⅲ族氮化物具有大的禁带宽度、较高的饱和电子漂移速度、高的临界击穿电场和极强的抗辐射能力等特点，因此能够满下一代电力电子系统对功率器件更大功率、更高频率、更小体积和更高温度的工作的要求。

但是，Ⅲ族氮化物HEMT器件仍然存在需要克服的缺陷，例如：电流崩塌，阈值稳定及器件的可靠性等。在传统GaN基HEMT器件中，二维电子气的产生主要依靠材料的极化效应，包括自发极化和压电极化，因此，在传统HEMT器件中，势垒层与沟道层存在较为严重的晶格失配，来实现增强材料的极化效应的目的。但是，强极化和晶格失配会对器件的可靠性和高温特性产生影响。

发明内容

本实用新型的主要目的在于提供一种通过电荷工程实现弱极化HEMT器件的方法及弱极化HEMT器件，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型实施例提供了一种弱极化HEMT器件，包括异质结构以及与异质结构配合的栅电极、源电极和漏电极，所述异质结构包括沟道层和势垒层，所述源电极和漏电极通过所述异质结构中的二维电子气电连接，所述势垒层为铝组分含量在20％以下的低铝组分势垒层，并且在所述势垒层上或者在所述势垒层中还形成有能够在所述异质结构中感应出足够浓度的二维电子气的空间电荷区。

进一步的，所述低铝组分势垒层为铝组分含量＜10％的低铝组分势垒层。

进一步的，所述空间电荷区形成在所述势垒层上。

进一步的，所述低铝组分势垒层的厚度为5nm～30nm。

进一步的，所述空间电荷区由施主杂质元素扩散形成，所述施主杂质元素的掺杂浓度在1E16cm^-3至1E21cm^-3之间。

进一步的，所述沟道层与势垒层之间还分布有空间层。

进一步的，所述空间层的厚度为1nm～3nm。

进一步的，所述空间电荷区上还形成有能够向空间电荷区内引入空间电荷的介质层。

进一步的，所述的通过电荷工程实现的弱极化HEMT器件还包括成核层和缓冲层，所述缓冲层设置于成核层和沟道层之间。

进一步的，所述沟道层的厚度为80nm～130nm。

本实用新型实施例还提供了一种通过电荷工程实现弱极化HEMT器件的方法，包括生长形成异质结构以及制作与异质结构配合的栅电极、源电极和漏电极，所述异质结构包括沟道层和势垒层；其中，所述势垒层为低铝组分势垒层，并且在所述势垒层上或者在所述势垒层中还形成有能够在所述异质结构中感应出足够浓度的二维电子气的空间电荷区。

进一步的，所述低铝组分势垒层中的铝组分含量在20％以下，优选＜10％。

在一些实施方案中，所述的通过电荷工程实现弱极化HEMT器件的方法包括：在所述势垒层上生长形成掺有施主杂质的空间电荷区。

在一些实施方案中，所述的通过电荷工程实现弱极化HEMT器件的方法包括：在所述势垒层上生长形成所述空间电荷区的前体，之后向所述空间电荷区的前体中注入施主杂质或引入空间电荷，从而形成所述空间电荷区。

进一步的，所述空间电荷区形成在所述势垒层上，并且所述空间电荷区内掺有施主杂质或引入有空间电荷。

与现有技术相比，本实用新型通过改善器件的外延结构，利用电荷工程在异质结构中实现高密度的二维电子气，可避免或降低势垒层与沟道层的晶格失配，有效提高器件的可靠性和阈值电压的稳定性。

附图说明

图1是一种现有GaN/AlGaN耗尽型HEMT器件的结构示意图。

图2是本实用新型一典型实施例一种通过电荷工程实现的弱极化HEMT器件的结构示意图。

附图标记说明：1—衬底，2—沟道层，3—二维电子气，4—空间层，5—势垒层，6—空间电荷区，7—栅介质，8—源电极，9—漏电极，10—栅电极。

具体实施方式