[发明专利]一种带有p-SnO栅帽层的新型金刚石基垂直GaN-HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种带有p‑SnO栅帽层的新型金刚石基垂直GaN‑HEMT器件及其制备方法，涉及半导体技术领域，该器件包括自下而上依次排布的Si‑Ir‑SrTiO₃复合衬底、高质量金刚石单晶外延层、AlN/GaN超晶格层、N⁺‑GaN基底层、N‑GaN层、P‑GaN电流阻挡层，GaN/AlGaN异质结、p‑SnO栅帽层等结构，本发明将超结进行梯度掺杂并和高K介质的间隔排布能更有效的实现了调制电场，通过引入p‑SnO栅帽层使之变为常关型的E‑mode器件，金刚石结构衬底的引入大幅增强了器件的散热能力，提升了性能，相对于传统的超结结构，能在不牺牲击穿电压的情况下降低导通电阻，提升了器件的击穿电压，能更好的发挥器件的栅控能力，使器件的阈值电压正向漂移，有益于常关型的E‑mode器件的制作与后续同质衬底上CMOS反相器链的制作。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种带有p-SnO栅帽层的新型金刚石基垂直GaN-HEMT器件及其制备方法。

背景技术

HEMT是一种异质结场效应晶体管，根据半导体物理特性，异质结接触的两种半导体由于禁带宽度的不同，电子会从宽禁带的半导体流向窄禁带的半导体中，从而在半导体截面的窄禁带半导体一侧形成量子阱。限制于量子阱中的自由电子在垂直异质结接触面方向移动，故称这个量子阱为二维电子气。由于沟道中的自由移动电子远离宽禁带半导体中的杂质的库伦散射，故载流子能获得很高的电子迁移率。GaN异质结HEMT由于具有禁带宽度大，电子饱和速度高和击穿场强大等优点，非常适合于高频、大功率与高温应用。在高温器件以及大功率微波器件方面已显示出得天独厚的优势。

目前市场上流行的氮化镓异质结HEMT是平面型结构。通过在蓝宝石衬底上依次生长GaN层、AlGaN层，形成平面型的二维电子气。在器件的正面上刻蚀出源极、漏极和栅极。垂直型氮化镓基HEMT器件中P埋层和超结等结构的引入，提高了垂直器件电学性能。为了发挥氮化镓异质结HEMT的优势，需要将氮化镓异质结HEMT和其他元器件集成在一起，并将几个器件做在同质衬底上其中最典型的代表是CMOS的反相器链，这就需要将常关型的E-mode器件和常开型的D-mode器件相结合，在但是在很多情况下，平面型氮化镓异质结HEMT由于结构上的原因不是很容易就能达到要求，而且现有技术中器件击穿电压和导通电阻之间的矛盾较难解决，同时传统硅基器件都会遇到散热不好的问题。因此如何进一步制作高性能的E-mode氮化镓HEMT器件并提升功率器件的性能和综合可靠性成为了当前学者关注的焦点。本文提出的一种带有p-SnO栅帽层的新型金刚石基垂直GaN-HEMT器件在新结构的作用下在改善击穿特性的同时，优化了器件的输出特性，并提升了器件的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种带有p-SnO栅帽层的新型金刚石基垂直GaN-HEMT器件，其解决了平面氮化镓异质结HEMT由于结构上的原因而不能和其他元件一起集成的问题，并且通过p-SnO栅帽层的引入有效的将器件的阈值电压向正向漂移，使其成为常关的E-mode器件结构，并用Si-Ir-SrTiO₃复合衬底上生长高质量的单晶金刚石外延层作为整个期器件的基底，将HEMT的源极和栅极设计在器件的正面，漏极设计在器件的背面，通过特殊的结构设计在提高击穿电压的同时保持较低的导通电阻和频率特性，提高饱和电流以及更有效的高温传导，器件可靠性高。且本发明通过对制备方法的优化，降低了工业难度，减少了器件制造工艺过程中的损伤，能够提高器件的可靠性，满足实际应用的要求。从而更有效地解决了将氮化镓异质结HEMT和其他元件一起集成的问题。