[发明专利]一种增强型GaN基HEMT器件的外延结构、器件及其器件的制备方法

权利要求书

1.一种增强型GaN基HEMT器件的外延结构，依次包括衬底（101）、缓冲层（102）、沟道层（103）和复合势垒层；其特征在于：所述复合势垒层依序包括第一势垒层（104）和第二势垒层（106），第二势垒层（106）通过选区二次外延生长且在器件预计制作栅极区域断开,所述第一势垒层（104）的厚度T1和材料组份Al_xGa_1-xN需满足：1nm≤T1≤10nm和0≤x≤1，所述第二势垒层（106）的厚度T2和材料组份Al_yGa_1-yN需满足：10nm≤T2≤50nm和0.2≤y≤0.5。

2.根据权利要求1所述的一种增强型GaN基HEMT器件的外延结构，其特征在于：所述衬底（101）可为硅、蓝宝石、氮化硅、氮化铝、氮化镓、氧化锌。

3.根据权利要求1所述的一种增强型GaN基HEMT器件的外延结构，其特征在于：所述缓冲层（102）材料组份为Al_xGa_1-xN，其中0≤x≤1，厚度为10nm～3μm。

4.根据权利要求1所述的一种增强型GaN基HEMT器件的外延结构，其特征在于：所述沟道层（103）材料组份为In_xAl_yGa_1-x-yN，其中0≤x≤0.2, 0≤y≤0.3，厚度为0.1μm～10μm。

5.一种在上述外延结构上制备的增强型GaN基HEMT器件，包括源金属层（108）、漏金属层（109）、钝化层（110）、高k栅介质层（111）、栅金属层（112）、保护层（113）；其特征在于：所述源金属层（108）和漏金属层（109）的材料为镍（Ni）、锗（Ge）、铬（Cr）、金（Au）、钯（Pd）、钛（Ti）、铜（Cu）、铂（Pt）、钨（W）、铝（Al）的一种或多种组合，所述源金属层（108）和漏金属层（109）的厚度均为100nm~10um，所述栅金属层（112）的材料为氮化钽（TaN）、氮化钛（TiN）、钛（Ti）、镍（Ni）、钨（W）、金（Au）、铂（Pt）、铝（Al）的一种或多种组合，所述栅金属层（112）的厚度为100nm～10um。

6.根据权利要求5所述的一种增强型GaN基HEMT器件，其特征在于：所述钝化层（110）的材料为二氧化硅（SiO₂）、氮化硅（Si₃N₄）、氮氧化硅（SiON）或铝基、锆基、铪基、钆基、镓基、镧基、钽基氧化物的一种或多种组合，所述钝化层（110）的厚度为10nm～1μm。

7.根据权利要求5所述的一种增强型GaN基HEMT器件，其特征在于：所述高k栅介质层（111）的材料为高介电常数的氧化物，包括铝基、锆基、铪基、钆基、镓基、镧基、钽基、钇基氧化物，所述高k栅介质层（111）的氧化物中的掺杂元素为铝、锆、铪、钆、镓、镧、钽、氮、磷、钇中的一种或多种组合的合金体系，所述高k栅介质层（111）厚度为1nm～100nm。

8.根据权利要求5所述的一种增强型GaN基HEMT器件，其特征在于：所述保护层（113）的材料为二氧化硅（SiO₂）、氮化硅（Si₃N₄）、氮氧化硅（SiNO）或铝基、锆基、铪基、钆基、镓基、镧基、钽基氧化物的一种或多种组合，所述保护层的厚度为10nm～1μm。

9.一种增强型GaN基HEMT器件的制备方法，包括如下步骤：

S1、在衬底（101）上用有机金属化学气相沉积的方法依次外延生长

缓冲层（102）、沟道层（103）、第一势垒层（104）；

S2、通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）在所述第一势垒层（104）上制备掩模层（105），在栅极对应区域完成图形化掩模层（10501）制备，使栅极对应区域被图形化掩模层（10501）覆盖，其他区域露出第一势垒层（104）；

S3、在所述露出第一势垒层（104）的区域上外延生长第二势垒层（106），即选区外延生长第二势垒层（106），然后采用湿法刻蚀去除图形化掩模层（10501），完成增强型GaN基HEMT器件外延结构的制备；

S4、采用光刻、蒸发、刻蚀或剥离的方式在所述第二势垒层（106）上形成源金属层（108）和漏金属层（109），其中，所述源金属层（108）和漏金属层（109）各自分布在器件预计制作栅极区域的两侧；

S5、通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）沉积所述钝化层（110），采用干法刻蚀的方式去除栅极对应区域的钝化层；

S6、通过原子层沉积（ALD）沉积所述高k栅介质层（111），采用干法刻蚀的方式去除栅极对应区域的部分高k栅介质层（111）；

S7、采用光刻、蒸发、刻蚀或剥离的方式在栅极对应区域的所述高k栅介质层（111）上形成栅金属层（112）；

S8、通过等离子体增强化学气相外延（PECVD）在所述源金属层（108）、漏金属层（109）、高k栅介质层（111）和栅金属层（112）上沉积保护层（113）；

S9、采用黄光光罩和感应等离子体（ICP）刻蚀工艺在所述源金属层（108）、漏金属层（109）和栅金属层（112）区域的保护层（113）开口，暴露出源金属层（108）、漏金属层（109）和栅金属层（112），完成增强型GaN基HEMT器件制备。