[发明专利]一种GaN基HEMT器件外延结构

说明书

本发明涉及一种GaN基HEMT器件外延结构，包括自下而上依次设置的衬底、成核层、缓冲层、双掺杂GaN层、本征GaN沟道层、AIN隔离层、双掺杂Al_xGa_1‑xN势垒层和GaN盖帽层；其中，双掺杂GaN层包括自上而下依次设置的n型掺杂GaN外延层、非掺杂GaN外延层和p型掺杂GaN外延层；双掺杂Al_xGa_1‑xN势垒层包括自下而上依次的n型掺杂Al_xGa_1‑xN外延层、非掺杂Al_xGa_1‑xN外延层和p型掺杂Al_xGa_1‑xN外延层，且双掺杂Al_xGa_1‑xN势垒层中Al元素的摩尔含量x满足0.2<x<0.5。本发明的优点在于：本发明在高压高频的条件下，保持AlGaN势垒层较薄，仍能够获得具有较强极化效应的AlGaN/GaN异质结HEMT器件。

技术领域

本发明属于半导体电力电子器件制造领域，特别涉及一种GaN基HEMT器件外延结构。

背景技术

GaN作为第三代半导体材料，由于其宽禁带、高击穿电场和良好的耐辐射耐高温特性，已成为现代国际上研究的热点。GaN材料特有的极化效应以及高电子饱和速度，使得GaN基器件成为良好的微波功率器件。自AlGaN/GaN异质结HEMT器件首次报道以来，随着生长技术的进步，材料特性的提高以及器件研制工艺的改进，其输出功率密度等器件特性稳步提升。

随着无线通讯市场的快速进步以及传统军事应用的持续跟进，GaN基HEMT器件的应用领域不断拓宽，逐渐向着高电压高频率方向发展。然而随着器件开启电压的不断增大，会在栅漏之间产生大电场，电子从栅隧穿到AlGaN表面，被栅漏之间的表面态俘获，导致耗尽区向漏端延伸，形成虚栅，沟道中的高浓度二维电子气2DEG减少，器件出现电流崩塌效应。此外，为了提高器件的频率特性，器件的栅长应尽可能地小，但随着栅长的缩短，GaN基HEMT器件会出现明显的短沟道效应。短沟道效应使器件的亚阈值电流增加、阈值电压漂移、饱和特性退化、跨导降低、频率特性变差。

为了改善电流崩塌和短沟道效应，可采用盖帽层、器件钝化、场板，减薄势垒层厚度等技术。然而这其中AlGaN势垒层减薄势必会导致极化效应的削弱，从而减少高浓度二维电子气2DEG面密度，降低器件的开关速度。这一矛盾始终存在于高压高频GaN基HEMT器件之中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种GaN基HEMT器件外延结构，在高压高频的条件下，保持AlGaN势垒层较薄，仍能够获得具有较强极化效应的AlGaN/GaN异质结HEMT器件。