[发明专利]基于超晶格结构的异质结、增强型HEMT器件及其制作方法

说明书

本发明公开了一种基于超晶格结构的异质结、增强型HEMT器件及其制作方法。所述基于超晶格结构的异质结包括第一半导体层和第二半导体层，在所述第一半导体层和第二半导体层之间形成有二维电子气，所述第一半导体层为Alsubgt;x/subgt;Insubgt;y/subgt;Gasubgt;1‑x‑y/subgt;N势垒层，其中，x/y＝3.1～4.7；所述Alsubgt;x/subgt;Insubgt;y/subgt;Gasubgt;1‑x‑y/subgt;N势垒层包括一个以上AlGaN/InGaN超晶格结构，所述AlGaN/InGaN超晶格结构包括叠层设置的AlGaN层和InGaN层；所述第二半导体层为GaN沟道层。本发明实施例采用的AlGaN/InGaN超晶格各子层厚度均低于其临界弛豫厚度，使得超晶格AlGaN、InGaN子层相对GaN沟道层分别处于张应变、压应变状态，能够作为应力补偿结构形成与GaN沟道层完全匹配的平衡晶格，有效补偿晶格失配应力，显著减小由失配应变引起的位错缺陷密度，进而抑制Alsubgt;x/subgt;Insubgt;y/subgt;Gasubgt;1‑x‑/subgt;subgt;y/subgt;N/GaN异质结中的逆压电效应。

技术领域

本发明涉及一种HEMT器件及其制作方法，特别涉及一种基于超晶格结构的异质结、增强型HEMT器件及其制作方法，属于半导体器件制备技术领域。

背景技术

GaN基高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor，HEMT)凭借宽带隙半导体材料及其异质结的独特优势，已逐渐成为新一代高性能功率半导体器件。AlGaN/GaN异质结通过强极化效应诱导形成的高面密度和高迁移率的二维电子气(2DEG)使HEMT器件具有电流容量大、功率密度高、导通电阻低、工作频率高等优点，同时，GaN基材料的宽带隙、耐强辐射特点使HEMT器件可以在高电压及高温严酷环境下工作。HEMT器件具备的以上诸多优势满足了功率器件对大功率、高功效、高频率、高可靠性和小体积的应用要求。

HEMT功率器件工作时受到的强电场冲击会严重影响器件的实际应用，尤其是AlGaN/GaN异质结在强电应力下的逆压电效应会导致器件HEMT出现电流崩塌现象，恶化器件的输出性能。为了降低逆压电效应对器件可靠性的影响，通常可以选用与GaN沟道层晶格常数匹配的AlInN、AlInGaN材料作为HEMT器件的势垒层。AlInN势垒层材料较强的自发极化能够提供更高的电子浓度，同时更易于制备欧姆接触，但AlInN/GaN异质结的高界面粗糙度散射严重降低了2DEG的迁移率。

AlInGaN势垒层材料可以提供平衡的电子浓度和迁移率、较高的输出电流及功率输出密度，同时通过改变AlInGaN材料的Al、In组分可以调节极化效应以获得增强型器件，因此AlInGaN作为HEMT器件势垒层材料具有独特的优势，但是AlN和InN二元材料互溶性较差且键长、键能和分解温度差异巨大，使得AlInGaN薄膜材料MOCVD生长条件窗口非常狭窄，应变效应、组分牵引效应、相分离以及旋节线分解等生长问题会直接影响材料的表面平整度和结晶质量，导致单层AIInGaN薄膜材料存在高密度位错缺陷，这不仅会增大栅极泄漏电流，同时也容易使热电子在位错附近生成新的缺陷。因此，需要发展新型结构的AlInGaN材料，突破现有外延制备技术对材料晶体质量的限制，实现对位错缺陷的控制和失配应变的补偿，获得组分均匀、缺陷密度低、晶格匹配、带隙宽度灵活可调的适用于HEMT器件的AlInGaN/GaN异质结材料。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于超晶格结构的异质结、增强型HEMT器件及其制作方法，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：