[发明专利]一种P-GaN增强型HEMT器件及其制备方法

说明书

一种P‑GaN增强型HEMT器件及其制备方法，属于半导体技术领域，包括从下至上依次层叠设置的衬底、ALN成核层、ALGaN缓冲层、GaN沟道层、ALN插入层、ALGaN势垒层、低温饱和P型GaN、P‑GaN、钝化层、源极（110）、漏极、栅极。在P‑GaN层和势垒层之间生长一层低温饱和P型GaN（LTPGaN层），该层的生长阻止了P‑GaN层的mg扩散至沟道层，从而降低器件的导通电阻，提升HEMT器件的工作效率。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体器件的外延制备，一种P-GaN增强型HEMT器件及其制备方法，具体涉及通过低温饱和P型层阻挡P-GaN的mg扩散到沟道层，从而降低器件的导通电阻，改善HEMT的器件工作效率。

背景技术

ALGaN/GaN HEMT 在高温、高压、高频大功率方面的潜在优势，使其受到广泛关注，并取得巨大进展。但是常规的ALGaN/GaN HEMT器件均为耗尽型，需要施加一个负的栅极电压才能使器件关断，芯片设计时增加了设计成本，因此如何实现增强型GaN HEMT一直是该领域研究的难点，目前几种主要用来制备增强型器件的方案包括：p型栅、凹槽栅、F处理和Cascode结构。其中，p型栅的方案已经被很多著名的研究机构和公司采用，如IMEC、FBH、Panasonic、EPC和Samsung等。

在P-GaN增强型HEMT中，P-GaN的mg容易扩散至沟道层中，从而使器件的比导通电阻增大。为了改善此问题，一般将势垒层的厚度增加，但是势垒层的增加会增加异质结极化作用，从而导致阈值电压变小。

发明内容

本发明的目的在于克服目前氮化镓HEMT器件晶格质量较差的问题，提供了一种HEMT外延结构及其制备方法，能够提高HEMT器件的质量。

一种P-GaN增强型HEMT器件，包括从下至上依次排布的衬底、ALN成核层、ALGaN缓冲层、GaN沟道层、ALN插入层、ALGaN势垒层、低温饱和P型GaN、P-GaN以及栅极，P-GaN的两侧还设有钝化层，钝化层分别设有源极和漏极，GaN沟道层与ALN插入层之间还形成有二维电子气沟道。

一种P-GaN增强型HEMT器件的制备方法，包括如下步骤：

（1）在衬底生长成核层ALN，厚度为80-150nm；

（2）在前述步骤上生长ALGaN缓冲层，厚度为500-1200nm；

（3）在前述步骤上生长GaN沟道层，厚度为1-3um；

（4）在前述步骤上生长ALN插入层，厚度为1-3nm；

（5）在前述步骤上生长ALGaN势垒层，厚度为15-20nm；

（6）在前述步骤上生长低温饱和P型GaN，厚度为20-40nm；

（7）在前述步骤上生长P-GAN，厚度为30-150nm；

（8）在前述步骤基础上采用电子束蒸镀技术进行金属沉积，依次沉积Ti/Al/Ti/Au金属，形成源极和漏极，并进行退火处理形成欧姆接触；

（9）在前述步骤上采用电子束蒸镀技术进行金属沉积，依次沉积Ni/Au，形成栅极；

（10）在前述步骤上使用蚀刻技术将除栅极下方的P-GaN和低温饱和P型GaN的部分去除，只保留栅极下方才有的P-GaN层和低温饱和P型GaN层；

（11）在前述步骤上利用PECVD的方法沉积钝化层。

优选的，所述衬底为蓝宝石、SiC、Si其中任何一种材料，尺寸为2-8inch。

优选的，所述ALN成核层、ALGaN缓冲层、GaN沟道层厚度依次为100nm、600nm、2um。