[实用新型]一种沉积多晶AlN的常关型HEMT器件

说明书

本实用新型公开了一种沉积多晶AlN的常关型HEMT器件，所述HEMT功率器件主体采用外延硅衬底上的AlGaN/GaN异质结外延结构，包括由外延缓冲层，GaN沟道层，Al_yGa_1‑yN势垒层，并在外延硅衬底上依次生长形成，在Al_yGa_1‑yN势垒层上制作电极，所述电极包括栅电极、源电极和漏电极，栅电极制作于Al_yGa_1‑yN势垒层上，位于源电极和漏电极之间；在源电极和栅电极之间、栅电极和漏电极之间的Al_yGa_1‑yN势垒层上电极之外的区域形成一层多晶AlN层；所述HEMT功率器件为常关型。对于高性能、高可靠性氮化镓基器件的更广泛应用具有重要意义。

技术领域

本实用新型涉及高电子迁移率晶体管（HEMT），特别涉及一种沉积多晶AlN的常关型HEMT器件。

背景技术

电力电子器件广泛应用于家用电器、工业设备、汽车电源等众多领域。目前，电力电子器件中普遍采用硅基的功率器件，如MOSFET和IGBT。但是硅电子电力器件经过长期的发展，性能以及趋于其材料的理论极限，新一代电力电子器件的面临着高压、高频和小体积等巨大的挑战。第三代半导体材料GaN具有禁带宽度大、饱和电子迁移速度高、化学性质稳定等优点。因此，基于GaN材料的电力电子器件具有导通电阻小、开关速度快、耐压高、耐高温性能好等优点。GaN高电子迁移率晶体管是一种基于GaN材料的电力电子器件，通过外延形成AlGaN/GaN异质结，经过极化电场的调制作用，在异质界面处，即使在未人为掺杂的情况下，也能形成面密度达10¹³cm^-2的二维电子气，由于材料没有掺杂，在二维平面内电子在GaN中的迁移率超过2000cm²/Vs。这使得GaN HEMT具有低导通电阻和高工作频率的特点。能够满足新一代电力电子器件对更大功率、更高频率、更小体积和高温工作条件的要求，可应用于AC/DC，DC/DC变换器，DC/AC电动机驱动器和光伏发电等。由于Si衬底具有价格低廉、工艺成熟、直径大等优点，目前Si衬底上制备HEMT器件成为研究热点。

但是， HEMT器件因极化作用产生的二维电子气也造成了该器件的一个天然的弊端，就是在制备欧姆接触电极之后，电极之间已经可以通过二维电子气导通，在不加载栅电极电压的情况下，固定的漏电压会产生高的漏极电流。这样，在器件没有输入信号的情况下，器件处于导通状态，这是器件处于非安全状态，不利于传统的电路连接和控制，同时也带来不必要的输出能量损失。所以，研究者们希望使HEMT器件达到像硅基器件一样的常关效果，在没有输入信号的情况下器件处于关断状态。有研究者采用ICP刻蚀的方法降低栅下势垒层厚度，从而降低沟道二维电子气浓度，实现薄势垒层常关型器件，但是由于沟道层很薄，这种方法很难控制刻蚀深度，容易损伤沟道，导致器件导通电阻降低，漏电流增大；还有报道称采用F离子注入的方法能够降低极化效果，消除栅电极下方二维电子气，但是这种方法的稳定性尚待研究；目前工业最常用的是栅下pn结的方法，即在Al_yGa_1-yN势垒层上方生长P-GaN层，以P-GaN的高能带结构对异质结进行极化调制，将栅下二维电子气耗尽，但是这种方法如果整面生长p-GaN，必须刻蚀栅源之间和栅漏之间的p-GaN，存在和薄势垒层方法一样的问题，刻蚀工艺难以把控，容易导致势垒层损伤；如果是栅下选区生长，将增大工艺难度和成本，况且MOCVD的选区生长模式的质量调控和腔体环境控制依然是业界的一大难题。所以，开发一种简单、高效、稳定的制备常关型HEMT器件的方法，实现HEMT功率器件在没有输入信号使的关断状态，仍然是电力电子器件领域需要克服的挑战。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本实用新型的目的在于提供一种沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件，实现GaN功率器件的常关型。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案。