[发明专利]一种高耐压增强型的双异质结栅极HEMT及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高耐压增强型的双异质结栅极HEMT及其制备方法，其包括依次层叠于衬底上的成核层、缓冲层、p型埋层、沟道层、插入层和势垒层，势垒层上设置有双异质结栅极、源极和漏极，其中双异质结栅极由PNP双异质结帽层和位于双异质结帽层上的栅极金属层组成。该器件中双异质结栅极与势垒层接触能够耗尽沟道的二维电子气，使得器件阈值电压提高，且在器件想达到导通状态时，PNP型双异质结作为两个面对面的二极管，这两个二极管会消耗一定的压降，使得达到沟道层的电压减小，进而使得器件的阈值电压进一步提高，且PNP型双异质结能够防止电子从栅极进入沟道层，从而减小了栅极泄漏电流，提高器件的击穿电压。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种高耐压增强型的双异质结栅极HEMT及其制备方法。

背景技术

为了适应电力电子系统日益增长的功率密度、工作频率、高温适应能力、开关速度和电压应用范围需求，具有高功率和高工作频率的功率电子器件逐渐成为功率半导体领域的研究热点。GaN基HEMT充分利用了GaN材料的高禁带宽度、高导热系数、高临界击穿电场强度等优势，逐渐成为功率器件的主流并具有广泛而光明的应用前景。但在实际电路应用中，常规的GaN基HEMT器件需要一个负压电源将器件关闭，这不仅增加了电路误开启的危险，也增加了整个电路的功耗。所以，增强型GaN基HEMT器件更适用于电力电子电路的设计，是目前的研究热点和需要解决的一个难题。

另外，对于电力电子器件而言，高击穿电压可以扩大GaN HEMT的潜在应用范围，所以GaN基HEMT器件的另一研究重点是：提高器件的击穿电压。在常见的AlGaN/GaN HEMT中，因为栅极漏电、缓冲层漏电、栅极靠近漏极边缘的电场集中效应等因素，器件往往会被提前击穿，还未到达GaN材料的理论极限，限制着GaN基HEMT器件的大规模应用。

发明内容

本发明提供一种阈值电压高、击穿电压高和泄漏电流低的高耐压增强型的双异质结栅极HEMT及其制备方法。该HEMT器件通过双异质结栅极的引入，使器件具有更高的阈值电压、更小的栅极漏电流和更高的击穿电压。在势垒层上生长PNP型的双异质结结构，与势垒层接触的p型氮化物材料能够耗尽沟道的二维电子气(2DEG)，使得器件阈值电压提高。同时，PNP型双异质结可以看做两个面对面的二极管，当器件要达到导通状态时，这两个二极管会消耗一定的压降，使得达到沟道层的电压减小，则需要提供更高的栅极电压才能使得器件导通，即器件的阈值电压进一步提高。另外，该PNP型双异质结的设置能够防止电子从栅极进入沟道层，从而减小了栅极泄漏电流，提高器件的击穿电压。另一方面，本发明的器件在缓冲层上引入p型埋层，提高了沟道层与缓冲层的能带，防止电子进入缓冲层，从而减小缓冲层的泄漏电流，进一步提高了器件的耐压特性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高耐压增强型的双异质结栅极HEMT，包括：衬底，依次层叠于衬底上的成核层、缓冲层、p型埋层、沟道层、插入层和势垒层，所述势垒层上设置有双异质结栅极、源极和漏极，其中双异质结栅极由PNP双异质结帽层和位于双异质结帽层上的栅极金属层组成。

所述PNP双异质结帽层由P型氮化物和N型氮化物层叠组成，所述P型氮化物的空穴浓度为1E17～1E18；所述N型氮化物的厚度为50～100nm。

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

所述p型埋层选用p型氮化物，其空穴浓度为1E17～1E18，厚度为50～200nm。

所述P型氮化物和N型氮化物选用GaN、AlGaN、InGaN、AlInN、AlInGaN中的一种。

所述源极和所述漏极延伸至所述势垒层中一定深度。

所述双异质结栅极位于源极和漏极之间，双异质结栅极与源极和漏极之间设置有钝化层。