[发明专利]一种E-HEMT外延片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种E‑HEMT外延片，包括衬底以及依次堆叠在所述衬底上的U‑GaN缓冲层、P‑GaN层、U‑GaN沟道层、AlGaN势垒层以及栅介质层。本发明中P‑GaN层不是位于外延片的最顶层，而是位于AlGaN势垒层和U‑GaN沟道层之下，避免了由于P‑GaN刻蚀深度把控不准确而对AlGaN势垒层产生破坏从而影响2DEG的问题，提升了可靠性与稳定性。同时还可以避免界面侧壁产生额外泄漏路径的可能，降低了栅极漏电。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种E-HEMT(增强型高电子迁移率晶体管)外延片及其制备方法。

背景技术

近年来，由于GaN(氮化镓)本征材料特性优越以及由其构成的AlGaN(铝镓氮)/GaN异质材料具有高载流子面密度、高电子迁移率、高击穿场强和低沟道电阻等优势，GaN基高电子迁移率晶体管在电力电子领域受到了极大的关注。由于常规的GaN基HEMT器件均为耗尽型器件，直接将其应用于电力电子领域会增加电路设计的复杂性，增大转换功耗。因此，E-HEMT器件一直是氮化物器件研究中的热点，其在很多应用中既满足安全-失效的失效模式，又可以简化其电路设计及电路使用所带来的功率损耗。

HEMT外延片是制备HEMT器件的基础，外延片的质量是决定HEMT器件性能的关键因素之一。

现有技术中，实现E-HEMT器件的技术存在多种，如P型栅技术、凹栅结构、Cascode结构、氟离子处理法和薄势垒层等。其中，除了P型栅技术外，常规的外延片大都是衬底上生长缓冲层叠加沟道层和势垒层。这种结构的外延片在之后的刻蚀工艺中会引入刻蚀损伤和界面态，严重影响器件的性能可靠性。P-GaN型栅HEMT器件是一种很有前途的增强型HEMT器件，其使用的E-HEMT外延片结构包括衬底以及依次层叠在衬底上的缓冲层、沟道层、势垒层和P-GaN帽层。然而，在对P-GaN帽层进行刻蚀时，由于刻蚀的深度难以精准控制，同样会引入刻蚀损伤和界面态，从而对下方P-GaN和势垒层界面处的2DEG(二维电子气)造成不利影响，使得基于P型栅技术的外延片同样存在性能以及可靠性方面的问题。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种E-HEMT外延片及其制备方法。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种E-HEMT外延片，包括衬底以及依次堆叠在所述衬底上的U-GaN缓冲层、P-GaN层、U-GaN沟道层、AlGaN势垒层以及栅介质层。

优选地，所述U-GaN缓冲层的厚度为3μm～8μm，载流子浓度为-2×10¹⁶cm^-3至-8×10¹⁶cm^-3。

优选地，所述P-GaN层的厚度为0.5μm～2μm，载流子浓度为9×10¹⁷cm^-3至3×10¹⁸cm^-3。

优选地，所述U-GaN沟道层的厚度为50nm～200nm，载流子浓度为-3×10¹⁶cm^-3至-9×10¹⁶cm^-3。

优选地，所述AlGaN势垒层的厚度为20nm～28nm，Al的掺杂组分控制在20％～25％。

本发明还提供了一种E-HEMT外延片的制备方法，包括：

准备衬底；

在所述衬底之上生长U-GaN，得到U-GaN缓冲层；

在所述U-GaN缓冲层之上淀积P-GaN，得到P-GaN层；

在所述P-GaN层之上生长U-GaN，得到U-GaN沟道层；