[发明专利]一种增强型GaNHEMT集成结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种增强型GaNHEMT集成结构及其制备方法，包括：衬底；HEMT集成结构还包括形成于衬底上的AlN成核层、形成于AlN成核层上的GaN缓冲层、形成于GaN缓冲层上的AlN插入层、形成于AlN插入层上的Al_xGa_1‑xN势垒层、形成于Al_xGa_1‑xN势垒层上的GaN盖帽层以及形成于GaN盖帽层上的电子接收层；其中，电子接收层的功函数大于Al_xGa_1‑xN势垒层的功函数，电子能够从Al_xGa_1‑xN/GaN界面二维沟道转移至电子接收层。本发明的增强型GaNHEMT集成结构利用电子接收层与势垒层之间的功函数差，产生较宽的空间电荷区，使得电子从GaN/AlGaN异质界面二维电子气流入电子接收层，进而将栅极下方沟道耗尽，获得增强型器件特性。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种增强型GaNHEMT集成结构及其制备方法。

背景技术

第一代Si、Ge半导体将人类带入了信息时代，同时也带动了电子系统的智能化和信息化。第二代半导体(GaAs、InP、MCT等)为我们带来光电器件、功率电子器件、射频电子器件和空间抗辐照器件等，引发了无线通信、光通信等信息领域的革命。第三代半导体GaN具有宽禁带、高击穿、高频等优异的半导体特性；相比Si基半导体，GaN材料的击穿场强是其10余倍，Baliga优值高出其1580多倍；相比于其它三五族半导体材料，GaN基异质结因其在不掺杂时通过强自发极化效应能产生极高浓度的二维电子气，更是使其成为第三代半导体材料中的首选。更重要的是，GaN材料能够同时满足功率开关的低导通损耗和低开关损耗要求。GaN材料优越的性能使其在射频微波和电力电子领域有着广阔的应用前景。

尽管目前GaN基功率器件的研究已经取得丰硕的成绩，不少200V、650V功率产品已经面世且在电子汽车、通讯等行业取得应用，然而大多器件均显示出耗尽型特性。基于电力电子系统安全性、能耗、电路设计简化性以及成本等方面考虑，增强型器件的研发与产业化还是十分必要的，尤其是在高速开关应用方面。现阶段获得增强型器件常用的技术手段有p-GaN栅极FET和绝缘栅(MIS)FET，其工艺步骤中都有对p-GaN栅极或者Al_xGa_1-xN势垒层刻蚀一项，对刻蚀精度、厚度、表面粗糙度等要求非常高，且刻蚀损伤会带来器件性能的下降，动态导通电阻的增加。

综上，亟需一种新的增强型GaNHEMT集成结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增强型GaNHEMT集成结构及其制备方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的增强型GaNHEMT集成结构利用电子接收层与势垒层之间的功函数差，产生较宽的空间电荷区，使得电子从GaN/AlGaN异质界面二维电子气流入电子接收层，进而将栅极下方沟道耗尽，获得增强型器件特性。本发明的制备方法，摒弃了传统工艺中的刻蚀技术，不会对导电沟道的性能产生损伤，能够减弱HEMT集成结构中的电流崩塌效应，同时可降低制备工艺难度。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种增强型GaNHEMT集成结构，包括：衬底；所述HEMT集成结构还包括形成于所述衬底上的AlN成核层、形成于所述AlN成核层上的GaN缓冲层、形成于所述GaN缓冲层上的AlN插入层、形成于所述AlN插入层上的Al_xGa_1-xN势垒层、形成于所述Al_xGa_1-xN势垒层上的GaN盖帽层以及形成于所述GaN盖帽层上的电子接收层；其中，所述电子接收层的功函数大于Al_xGa_1-xN势垒层的功函数，电子能够从Al_xGa_1-xN/GaN界面二维沟道转移至电子接收层。