[发明专利]一种GaN基HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种GaN基HEMT器件，包括从下往上依次层叠的衬底层、氮化铝缓冲层、氮化镓沟道层、Al(ln,Ga,Sc)N势垒层、氮化硅钝化层；该GaN基HEMT器件还包括设于氮化镓沟道层与Al(ln,Ga,Sc)N势垒层中的P型沟道区；设于Al(ln,Ga,Sc)N势垒层中的P型扩散区；设于Al(ln,Ga,Sc)N势垒层上的源电极和漏电极；设于Al(ln,Ga,Sc)N势垒层上的栅电极，P型扩散区位于栅电极和漏电极之间。通过在栅电极和漏电极之间增加P型扩散区，提高了器件的击穿电压；通过设置P型沟道区，增加了栅极的开启电压。本发明还公开了一种GaN基HEMT器件的制备方法，将现有技术中依赖于刻蚀工艺的GaN基HEMT器件制作流程中所涉及的氮化镓沟道层刻蚀工艺省去，改为离子注入工艺，提高了GaN基HEMT器件制作工艺的一致性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种GaN基HEMT器件及其制备方法。

背景技术

宽禁带半导体氮化镓材料以其具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和速度高等特点，成为新一代半导体功率器件的理想材料。近年来，以Al(ln, Ga, Sc)N/GaN为代表的GaN基HEMT器件结构，通过自发极化和压电极化产生高的二维电子气，成为主流的GaN基HEMT器件材料结构。

由于Al(ln, Ga, Sc)N/GaN器件的工作模式多为耗尽型器件，在开关型电路中，增加了功耗和设计的复杂程度。GaN基HEMT器件能够提高电路工作的安全性，所以， GaN基HEMT器件成为当前的一个重要的研究方向。

为了实现增强型工作，目前GaN基HEMT器件的主要工艺方法之一为凹栅槽技术和栅电极区域的F离子注入工艺。凹栅槽技术对刻蚀设备要求比较高，而且离子注入栅槽部分的沟道损耗比较大。栅电极区域的F离子注入技术也存在着沟道下损耗较大的缺点，这限制了GaN基HEMT器件的产业化和应用。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种GaN基HEMT器件，栅极具有较高的开启电压，且器件具有较高的击穿电压。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种GaN基HEMT器件，包括从下往上依次层叠的：

衬底层、氮化铝缓冲层、氮化镓沟道层、Al(ln, Ga, Sc)N势垒层、氮化硅钝化层；

所述GaN基HEMT器件还包括：

设于所述氮化镓沟道层与所述Al(ln, Ga, Sc)N势垒层中的P型沟道区；

设于所述Al(ln, Ga, Sc)N势垒层中的P型扩散区；

设于所述Al(ln, Ga, Sc)N势垒层上表面的源电极和漏电极；

设于所述Al(ln, Ga, Sc)N势垒层上表面的位于所述P型沟道区上方的栅电极，所述栅电极位于所述源电极和所述漏电极之间；

所述氮化硅钝化层位于所述栅电极和所述源电极之间，以及所述栅电极和所述漏电极之间；

所述P型扩散区位于所述栅电极和所述漏电极之间。

优选地，所述P型沟道区的上表面与所述Al(ln, Ga, Sc)N势垒层的上表面齐平，所述P型沟道区沿竖直方向穿透所述Al(ln, Ga, Sc)N势垒层且其下表面位于所述氮化镓沟道层中，所述氮化镓沟道层的厚度为100nm-5000nm，所述P型沟道区深入所述氮化镓沟道层的距离为0nm-3000nm。

优选地，所述P型扩散区的上表面与所述Al(ln, Ga, Sc)N势垒层的上表面齐平，所述P型扩散区的下表面位于所述Al(ln, Ga, Sc)N势垒层中，所述Al(ln, Ga, Sc)N势垒层的厚度为5-40nm，所述P型扩散区的厚度为3-30nm。