[发明专利]一种硅基氮化镓增强型HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明公开一种硅基氮化镓增强型HEMT器件，包括硅衬底、氮化镓外延层、氮化镓沟道层、铝镓氮势垒层、氮化铝插入层、漏极、P型GaN盖帽层、栅极和源极；其中，硅衬底、氮化镓外延层、氮化镓沟道层、铝镓氮势垒层、氮化铝插入层和P型GaN盖帽层的位置关系为自下向上依次排列；所述氮化镓沟道层和铝镓氮势垒层之间形成有二维电子气；栅极设置在P型GaN盖帽层上表面，与P型GaN盖帽层电性接触；源极和漏极通过刻蚀工艺，穿过所述P型GaN盖帽层沉积形成在氮化铝插入层的上表面。本发明还公开了该器件的制备方法。本发明的优点是：通过氮化镍薄膜层取代镍金属作为肖特基接触，解决了现有技术中二极管稳定性不够好，反向泄漏电流较大的技术问题。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件制造领域，特别涉及一种硅基氮化镓增强型HEMT器件及其制备方法。

技术背景

氮化镓(GaN)材料具有高击穿电场，低正向压降以及高热导率等优点，是研制微电子器件，光电子器件的新型半导体材料，被誉为继第一代锗、硅半导体材料、第二代砷化镓、磷化铟化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。

氮化镓基高迁移率晶体管(HEMT)因其导通电阻小，耐高温高压等特点正在取得越来越多的关注。增强型的HEMT器件在此类器件中有着更为广阔的前景。目前，实现增强型HEMT器件的主流技术路线是通过Gate下方的p型GaN层(pGaN)耗尽AlGaN势垒层(AlGaNbarrier)和GaN通道层(GaNchannel)之间的二维电子气(2DEG)，从而实现器件的关断。源(source)和漏(drain)电极的形成则是通过——的方式刻蚀掉源漏下方的pGaN层后，在AlGaN势垒层表面沉积金属电极。因此，精准的刻蚀是非常重要的步骤。

对于制造GaN器件的外延材料，通常衬底有蓝宝石、Si和SiC三种，其中硅基材料容易实现大面积尺寸，因此具有最大的产业化前景。另外，现有技术中，现有的增强型HEMT器件，由于为了沉积形成源极和漏极，在刻蚀过程中会将势垒层蚀刻从而导致势垒层减薄，进而导致二维电子气浓度降低，导致HEMT器件的导通电阻增大。如图1所示，现有的增强型HEMT器件，源极和漏极插接在势垒层中，导致势垒层减薄。现有技术中至少存在如下问题：在刻蚀过程中会将势垒层蚀刻从而导致势垒层减薄，进而导致二维电子气浓度降低，导致HEMT器件的导通电阻增大。为此，采用硅基GaN外延材料，设计新的硅基GaN增强型HEMT器件具有很大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种硅基氮化镓增强型HEMT器件及其制备方法。

所述的硅基氮化镓增强型HEMT器件，其结构包括：硅衬底、氮化镓外延层、氮化镓沟道层、铝镓氮势垒层、氮化铝插入层、漏极、P型GaN盖帽层、栅极和源极；其中，所述硅衬底、氮化镓外延层、氮化镓沟道层、铝镓氮势垒层、氮化铝插入层和P型GaN盖帽层的位置关系为自下向上依次排列；

所述氮化镓沟道层和铝镓氮势垒层之间形成有二维电子气；

所述栅极设置在P型GaN盖帽层上表面，与P型GaN盖帽层电性接触；

所述源极和漏极通过刻蚀工艺，穿过所述P型GaN盖帽层沉积形成在氮化铝插入层的上表面。

具体的，所述氮化铝插入层5与铝镓氮势垒层的刻蚀选择比，大于P型GaN盖帽层的刻蚀选择比。

具体的，所述氮化镓外延层为N型重掺杂氮化镓层，掺杂的元素为磷；所述N型重掺杂氮化镓层的载流子浓度为1×10¹⁸～1×10¹⁹cm^-3，厚度为2.5～3.5μm；

所述氮化铝插入层的组成材料包括AlN、Al_xGa_(1-x)N中的一种或两种的组合，其中，x＞30％；