[发明专利]一种基于氮化镓异质结外延的长关型HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明属于集成电路技术领域，具体提供了一种基于氮化镓异质结外延的长关型HEMT器件，包括最底层的高阻Si衬底以及依次从下到上堆叠的AlGaN\AlN缓冲层、GaN外延层、AlN插入层、AlInGaN势垒层、GaN帽层和顶层的栅电极、源漏电极，其具有击穿电压高、导通电阻低、开关速度快、零反向恢复电荷、体积小和能耗低、抗辐射等优势。本发明还提供了一种基于氮化镓异质结外延的长关型HEMT器件的制备方法，其成本低廉，工艺简单，可进行工业化批量生产。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，尤其涉及一种基于氮化镓异质结外延的长关型HEMT器件极其制备方法。

背景技术

与硅、砷化镓等半导体材料相比，宽禁带半导体材料氮化镓(GaN)具有更大的禁带宽度(3.4eV)、更强的临界击穿场强以及更高的电子迁移速率，得到了国内外研究者们的广泛关注，在电力电子功率器件以及高频功率器件方面具有巨大的优势和潜力；作为第三代宽禁带半导体的典型代表，GaN材料不但具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和漂移速度大、耐高温、抗辐射以及化学稳定性好等特点，同时由于GaN材料的极化效应，可以与铝镓氮等材料形成具有高浓度(大于1013cm^-2)和高迁移率(大于2000cm 2/V·s)的二维电子气(2DEG)，非常适合制备功率开关器件，成为当前功率器件领域的研究热点。

目前绝大部分GaN射频器件采用了SiC材料做为衬底，其成本较高，然而Si衬底与GaN之间存在较大的晶格失配和热膨胀系数失配，如果在Si衬底上直接生长GaN，生长结束降至室温过程中，由于Si衬底与GaN收缩速率不同极易产生裂纹；且目前绝大部分GaN射频器件采用了AlGaN材料作为势垒层，由于AlGaN材料中Al组分含量较低，使器件的饱和功率密度和频率特性受限，且由于其厚度较大，器件为常开型，需要负压控制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于氮化镓异质结外延的长关型HEMT器件，包括最底层的高阻Si衬底以及依次从下到上堆叠的AlGaN\AlN缓冲层、GaN外延层、AlN插入层、AlInGaN势垒层、GaN层和顶层的栅电极、源漏电极。

作为上述方案的进一步说明，源漏电极材料为Ni或者Ti或者Au、或者Al。

作为上述方案的进一步说明，栅电极材料为Au或者Ni；栅电极与GaN帽层之间为肖特基接触。

本发明还提供了一种基于氮化镓异质结外延的长关型HEMT器件的制备方法，包含以下步骤：

(a)选取高阻Si衬底；

(b)在所述Si衬底表面生长AlGaN\AlN缓冲层；

(c)在所述缓冲层表面生长GaN外延层；

(d)在所述外延层表面生长AlN插入层；

(e)在所述插入层表面生长AlInGaN势垒层；

(f)在所述势垒层表面生长GaN帽层；

(g)在所述帽层表面使用第二掩模板生长源漏电极；

(h)在所述帽层表面使用第一掩模版生长栅电极；

(i)在所述样品表面生长SiO₂钝化层，最终完成基于氮化镓异质结外延的长关型HEMT器件。

作为上述方案的进一步说明，所述步骤(b)中，采用化学气相沉积法生长AlGaN缓冲层或AlN缓冲层；所述步骤(c)中采用化学气相沉积法生长GaN外延层；所述步骤(d)中采用反应磁控溅射法在所述GaN外延层上生长的AlN薄膜形成AlN插入层；所述步骤(e)中采用化学气相沉积法生长AlInGaN势垒层。