[发明专利]HEMT器件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种HEMT器件及其制造方法。该HEMT器件包括：衬底、位于衬底一侧并同层设置的缓冲层和阻挡层、位于阻挡层和缓冲层远离衬底一侧的有源层以及位于有源层远离阻挡层一侧的势垒层。其中，阻挡层包括铟铝镓氮、铝镓氮、铟铝氮、氮化镓和铝氮其中的至少一种材料，阻挡层中超过预设厚度的至少一部分的铝摩尔组分沿有源层向衬底的方向渐变且含有受主杂质。本发明提供的HEMT器件在阻挡层内形成3DHG。高浓度的3DHG与有源层的2DHG形成p‑n结，从而抑制了有源层中的2DEG注入到阻挡层，降低了阻挡层泄漏电流，另外3DHG使阻挡层的导带抬高，提高了2DEG的限域性，从而抑制了HEMT器件的“短沟道效应”。

技术领域

本发明涉及半导体及半导体制造技术领域，具体而言，涉及一种HEMT器件及其制造方法。

背景技术

与其它半导体材料相比，氮化镓(GaN)材料具有禁带宽度大、临界击穿电场高、饱和电子速度高、导热率高及化学性质稳定等优点。另外III族氮化物材料具有较强的自发极化和压电极化效应，氮化镓(GaN)可以与铝镓氮(AlGaN)、铟铝氮(InAlN)和铝氮(AlN)等材料形成具有高面密度和高迁移率的二维电子气(Two Dimensional Electron Gas，2DEG)导电沟道。因此氮化镓(GaN)基高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)具有电流密度大、功率密度大、高频特性好及耐高温等特点，在军用和民用的微波功率领域有着广泛的应用前景。

在氮化镓(GaN)基HEMT器件中，当HEMT器件的栅长较短时，HEMT器件的泄漏电流很大，甚至无法关断。HEMT器件的缓冲层的泄漏电流会严重限制HEMT器件的频率特性和功率特性。为了抑制HEMT器件的缓冲层泄漏电流，必须提高缓冲层的电阻率或者提高异质结对2DEG的限制能力，阻止2DEG向缓冲层漂移。

目前减小缓冲层泄漏电流的方法主要有：①在缓冲层中掺杂，缓冲层在没有掺杂时，电阻率在10⁷Ω·cm数量级，进行p型掺杂或引入深能级陷阱后，缓冲层的电阻率将会提高1～2个数量级，从而达到减小泄漏电流的目的。②采用背势垒，采用背势垒能够提高2DEG的限域性并抬高缓冲层的导带高度，将2DEG限制在一个更窄更深的势阱中，阻止沟道电子注入缓冲层，从而达到抑制缓冲层泄漏电流的目的。

在缓冲层中进行掺杂可以补偿或俘获由于晶格缺陷以及材料生长过程中引入的氧(O)、硅(Si)等杂质产生的自由电子，从而提高缓冲层的电阻率降低缓冲层的泄漏电流。在氮化镓(GaN)材料中，常用的掺杂材料主要有镁(Mg)、铁(Fe)和碳(C)等，但这些杂质在氮化镓(GaN)中的激活率很低，效果并不理想。以Mg杂质为例，Mg在氮化镓(GaN)材料中的激活能约为200meV，并且随着材料禁带宽度的增大，镁(Mg)的激活能将会更高，而室温下热电压κT/q只有26mV，从而室温下镁(Mg)的电离率很低。

由于背势垒和氮化镓(GaN)沟道存在晶格失配，使用背势垒不仅在缓冲层和沟道层之间由于晶格失配引入陷阱，降低了2DEG的迁移率，而且背势垒中铝镓氮(AlGaN)和势垒层中铝镓氮(AlGaN)的极化作用对二维电子气的贡献相反，从而降低了沟道二维电子气的浓度，增加了器件的导通电阻。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种HEMT器件及其制造方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种HEMT器件，所述HEMT器件包括：

衬底；

位于所述衬底一侧并同层设置的缓冲层和阻挡层；

位于所述阻挡层和缓冲层远离所述衬底一侧的有源层；

位于所述有源层远离所述阻挡层一侧的势垒层；