[发明专利]Ⅲ族氮化物增强型HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明揭示了一种Ⅲ族氮化物增强型HEMT器件及其制备方法，所述HEMT器件包括衬底、位于衬底上的Ⅲ族氮化物异质结、位于Ⅲ族氮化物异质结上的p型掺杂层、及金属电极，所述Ⅲ族氮化物异质结包括位于衬底上的沟道层及位于沟道层上的势垒层，所述金属电极包括位于位于Ⅲ族氮化物异质结上的源极和漏极、以及位于p型掺杂层上且位于源极和漏极之间的栅极，所述p型掺杂层包括位于栅下区域的p型掺杂区及位于非栅下区域的钝化区。本发明p型掺杂层与Ⅲ族氮化物异质结一次外延而成，有效减小界面态，同时不需要刻蚀工艺，等离子体处理及离子注入工艺易控制，且对工艺要求较为宽松，减小了器件的损伤，具有工艺简单、重复性高、成本低廉、易于进行大规模生产等特点。

技术领域

本发明属于微电子工艺技术领域，具体涉及一种Ⅲ族氮化物增强型HEMT器件及其制备方法。

背景技术

HEMT(High Electron Mobility Transistor)器件是充分利用半导体的异质结构(Heterostructure)形成的二维电子气而制成的，与Ⅲ-Ⅵ族(如AlGaAs/GaAs HEMT)相比，Ⅲ族氮化物半导体由于压电极化和自发极化效应，在异质结构(如AlGaN/GaN)中能够形成高浓度的二维电子气。所以在使用Ⅲ族氮化物制成的HEMT器件中，势垒层一般不需要进行掺杂。同时，Ⅲ族氮化物具有大的禁带宽度、较高的饱和电子漂移速度、高的临界击穿电场和极强的抗辐射能力等特点，能够满下一代电力电子系统对功率器件更大功率、更高频率、更小体积和更高温度的工作的要求。

现有的Ⅲ族氮化物半导体HEMT器件作为高频器件或者高压大功率开关器件使用时，特别是作为功率开关器件时，增强型HEMT器件与耗尽型HEMT器件相比更有助于提高系统的安全性、降低器件的损耗和简化设计电路。目前实现增强型HEMT主要的方法有薄势垒层、凹栅结构、p型盖帽层和F处理等技术，但这些技术都存在不足。例如，薄的势垒层技术不需使用刻蚀工艺，所以带来的损伤小，但是由于较薄的势垒层，器件的饱和电流较小。凹栅结构解决了饱和电流较小的问题，但是一般的HEMT器件之中势垒层只有20-30nm，采用刻蚀工艺形成凹栅结构的工艺难于控制，重复性较差。又例如，F等离子处理也能实现增强型HEMT器件，并且不需要刻蚀，但是F的等离子体在注入的过程中也会刻蚀势垒层，造成器件性能的降低。p型盖帽层同样需要刻蚀工艺，工艺难于控制，重复性较差，同时产生界面态，影响器件的稳定性。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种Ⅲ族氮化物增强型HEMT器件及其制备方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种Ⅲ族氮化物增强型HEMT器件及其制备方法，以解决工艺难于控制、重复性较差、器件稳定性不佳等问题。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种Ⅲ族氮化物增强型HEMT器件，所述HEMT器件包括衬底、位于衬底上的Ⅲ族氮化物异质结、位于Ⅲ族氮化物异质结上的p型掺杂层、及金属电极，所述Ⅲ族氮化物异质结包括位于衬底上的沟道层及位于沟道层上的势垒层，所述金属电极包括位于位于Ⅲ族氮化物异质结上的源极和漏极、以及位于p型掺杂层上且位于源极和漏极之间的栅极，所述p型掺杂层包括位于栅下区域的p型掺杂区及位于非栅下区域的钝化区。

一实施例中，所述HEMT器件包括：

截止状态，栅极上未施加电压或施加于栅极的电压低于阈值电压Vth时，栅极下方Ⅲ族氮化物异质结的沟道中无二维电子气的积累；

导通状态，施加于栅极的电压大于或等于阈值电压Vth时，栅极下方Ⅲ族氮化物异质结的沟道中积累二维电子气形成导电通道。

一实施例中，所述p型掺杂层为Mg掺杂的Ⅲ族氮化物半导体层。

一实施例中，所述钝化区通过对p型掺杂层进行等离子体处理或离子注入形成。