[实用新型]p型栅增强型HEMT器件

说明书

本实用新型公开了一种p型栅增强型HEMT器件。所述p型栅增强型HEMT器件包括：包含第一半导体和第二半导体的异质结，在所述异质结中形成有二维电子气；形成于异质结上的p型半导体和高阻半导体；以及源极、漏极和栅极；所述源极、漏极与异质结形成欧姆接触，p型半导体位于栅下区域且与栅极连接，p型半导体用于耗尽栅下区域的二维电子气，高阻半导体位于p型半导体与源极、漏极中任一者之间，且高阻半导体的厚度小于p型半导体的厚度；源极与漏极能够通过二维电子气电连接。本实用新型提供的p型栅增强型HEMT器件不需要二次外延，也不需要对器件的栅下区域进行刻蚀，避免了因刻蚀工艺引入的均匀性、重复性和引入损伤问题。

技术领域

本实用新型涉及一种增强型HEMT器件，特别涉及一种p型栅增强型HEMT器件，属于半导体电子开关器件技术领域。

背景技术

Ⅲ族氮化物半导体作为第三代半导体材料的重要代表，与第一代、第二代半导体材料相比，拥有禁带宽度大、击穿电场高、电子迁移率高和饱和电子速率高等优点。因此，Ⅲ族氮化物半导体在工业、电力系统、交通运输、通讯、消费电子等领域有广泛的应用前景。Ⅲ族氮化物半导体异质结构，以AlGaN/GaN异质结为例，因为极化效应可以产生高浓度(>10¹³cm^-2)和高电子迁移率(>10³cm²/V·s)的二维电子气(2DEG)。基于Ⅲ族氮化物半导体异质结构的高电子迁移率晶体管(HEMT)适合作为高频功率开关器件，最高工作频率可以达到10MHz。但是高浓度的2DEG使通常制造的HEMT都是常开型器件。在实际电路应用中，常开型器件需要引入负压源使之关断，既存在安全隐患，又增加电路的复杂性和成本。

以AlGaN/GaN HEMT为例，实现增强型的主要方案包括Cascode结构实现增强型，其主要将耗尽型的AlGaN/GaN HEMT器件和增强型Si金属氧化物半导体场效应器件(MOSFET)器件连接；凹槽栅结构实现增强型，其主要对栅下的AlGaN进行刻蚀；F离子处理实现增强型，其主要在栅下的AlGaN势垒中注入F离子；p型栅结构实现增强型，其主要是在栅极和AlGaN层之间插入p-(Al)GaN层。其中p型栅结构实现增强型即在栅极和AlGaN层之间插入p-(Al)GaN层实现增强型AlGaN/GaN HEMT包含多种具体实现技术方案；例如图1中所示的部分刻蚀p-GaN的增强型HEMT方案，其通过在栅极(G)和AlGaN层之间插入p-GaN层，并且对栅以外的几十纳米厚度的p-GaN进行刻蚀。利用p-GaN提高AlGaN/GaN界面沟道处势垒到费米能级之上，使得栅极下方的导电沟道断开，将二维电子气耗尽，实现增强型；其实现的器件需要对栅以外的几十纳米厚度的p-GaN进行刻蚀，工艺控制困难，重复性差；刻蚀容易产生界面态，导致器件电流崩塌加剧，影响器件性能。图2中所示的选择区域外延p-GaN的增强型HEMT，其通过在栅极(G)和AlGaN层之间选择区域(仅栅下区域)外延p-GaN层，利用p-GaN提高AlGaN/GaN界面沟道处势垒到费米能级之上，使得栅极下方的导电沟道断开，将二维电子气耗尽，实现增强型；其实现的增强型器件存在阈值低，难以实现高阈值电压的器件；工艺实现困难，外延质量不高；外延p-GaN侧壁不陡直，影响后续工艺。图3中所示的氢钝化p-GaN的增强型HEMT，其通过在栅极(G)和AlGaN层之间插入p-GaN层，耗尽栅极下方的二维电子气，实现增强型器件，并且使用氢等离子处理等方法使栅以外的几十纳米厚度的p-GaN钝化，形成高阻GaN盖帽层；其实现的器件氢离子所需能量高，对材料造成损伤，关态漏电大，从而使损耗增加，击穿电压减小；氢离子能量高，注入到AlGaN势垒区域，导致饱和电流下降；存在高阻GaN盖帽层，因为极化效应，使饱和电流下降。

以上现有技术方案均存在不足之处，诸如刻蚀工艺控制困难，重复性差，同时会产生界面态，加剧电流崩塌，影响器件性能。选区外延p-(Al)GaN的外延难度大，难以实现高阈值的增强型，同时侧壁不陡直；氢钝化需要较高能量与密度的氢离子，容易产生损伤，增加关态漏电，从而增加损耗。因此需要提供一种新的基于p-(Al)GaN的技术方案来实现增强型HEMT。

实用新型内容