[发明专利]垂直结构AlGaN/GaNHEMT器件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，特别涉及一种垂直结构AlGaN/GaN HEMT外延生长及其制作方法，其可应用于制作低导通电阻、高频率、高击穿电压的高电子迁移率晶体管，属于微电子技术领域。

背景技术

随着无线通讯技术、航空航天技术以及混合动力汽车的飞速发展，作为第一代半导体Si和GaAs器件发展功率型器件越来越无法满足高频率、高功率以及恶略环境下工作等问题越来越明显，特别对于二者禁带宽度比较低、临界击穿电压比较低等在追求更高功率和频率上很难再提高。新兴的第三代半导体材料GaN禁带宽度宽、击穿电场高、电子饱和速率高，以及满足在更高温度、更好的抗化学腐蚀和辐射越来越成为关注的焦点。

目前垂直结构AlGaN/GaN HEMT发展中对于电流阻挡层和导通通孔Aperture一直是垂直结构HEMT发展的难点。现在对于垂直结构HEMT的电流阻挡层一般有三种方案：

1)Mg掺杂形成P-GaN作为电流阻挡层与光刻刻蚀形成小孔进行二次外延。该方法采用首先生长P-GaN，生长完成以后光刻刻蚀形成一个小孔进行二次外延利用具有一定n型掺杂浓度的GaN填充小孔，这样对于二次外延生长带来了很大问题。具体参见如下文献：A Vertical Insulated Gate AlGaN/GaN Heterojunction Field-Effect Transistor，Japanese Journal of Applied Physics，Vol.46,No.21,2007,pp.L503–L505。AlGaN/GaN current aperture vertical electron transistors with regrown channels,JOURNAL OF APPLIED PHYSICS VOLUME 95,NUMBER4。

2)Mg离子注入形成P-GaN作为电流阻挡层。该方法在生长的本征GaN通过Mg离子注入形成P-GaN，同时导通通孔上方利用掩膜不进行Mg离子注入实现一个P-GaN作为电流阻挡层提高势垒高度，同时未被离子注入的GaN作为一个导通通孔使电流沿着导通通孔传输。具体参见Enhancement and Depletion Mode AlGaN/GaNCAVET With Mg-Ion-Implanted GaN asCurrent Blocking Layer，IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS,VOL.29,NO.6,JUNE 2008。

3)Al离子注入形成类似绝缘层作为电流阻挡层。该方法通过在本征GaN层通过Al离子注入使GaN晶格损伤形成类似绝缘层，电流导通通孔利用掩膜不进行Al离子注入，会使未被Al离子注入的小孔电阻率较低，电流会优先选择这里通过。具体参见Current status and scope of galliumnitride-based vertical transistors for high-power electronics application,Semicond.Sci.Technol.28(2013)074014(8pp)。

但是无论采用Mg离子注入或者掺杂，均一方面会引入晶格损伤特别是对于作为电流阻挡层导致很大的漏电，另一方面Mg具有很强的记忆效应在二次外延过程中有很大的扩散作用，而Al离子注入引入的晶格损伤引起的漏电以及电流崩塌效应特别严重，这种电流崩坍原因主要是由于Al注入引入的缺陷导致的，且Al注入带来的晶格损伤必须在很高的温度下才能修复，温度大概1350℃，对于工业用于比较复杂而且相对昂贵。这些缺陷一直是制约着垂直结构目前发展的瓶颈。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种新型的垂直结构AlGaN/GaN HEMT器件及其制作方法，从而克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

一种垂直结构AlGaN/GaN HEMT器件，包括衬底、外延结构以及源、漏、栅极，所述外延结构包括依次形成在所述衬底正面的电流阻挡层、第二半导体层、第一半导体层和钝化层，所述第一半导体层和/或第二半导体层内分布有二维电子气沟道，所述源极与第一半导体层电连接，所述栅极设置在所述钝化层上，所述漏极设置在所述衬底背面，其中所述电流阻挡层采用高阻GaN层，且所述高阻GaN层中于位于栅极下方的区域内分布有Si离子注入形成的n型重掺杂电流导通通孔。

进一步的，所述第一半导体层、第二半导体层之间还分布有AlN层。