[发明专利]一种增强型高迁移率氮化镓半导体器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种增强型高迁移率氮化镓半导体器件及其制备方法，该器件包括依次层叠的蓝宝石衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlGaN梯度缓冲层、GaN/In_0.12GaN超晶格背垒层、AlGaN中间层及InAlGaN势垒层，位于势垒层上的源极金属、漏极金属和p‑AlGaN栅极，位于p‑AlGaN栅极表面的p‑GaN栅极层与栅极金属的自对准结构，p‑GaN栅极层位于p‑AlGaN栅极表面靠近源极的一侧。本发明的器件具有电子迁移率高，击穿电压高，缓冲漏电流小，开关稳定，抑制短沟道效应，器件可靠性高的优势，可应用于短栅电子器件以及高温大功率器件。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体涉及一种增强型高迁移率氮化镓半导体器件及其制备方法

背景技术

现有的电力半导体市场以硅的功率器件为主，过去20年，硅功率器件每隔十年提高5-6倍的电力密度，但已经接近理论极限，很难期待接下来的性能方面的改进。

氮化镓是一种新型宽禁带化合物半导体材料，具有许多硅基半导体材料所不具备的优良特性，如3.14eV的宽禁带宽度，高达3×10⁶V/cm的击穿电场，以及较高的热导率，且耐腐蚀，抗辐射。相比硅或砷化镓，氮化镓半导体具有更宽的带隙、更高的击穿场强和更高的电子饱和漂移速度等优点。另外，相对硅电力半导体，氮化镓电力半导体具有低温抵抗特性，这具有随着电力半导体而产生的转换损失最少化及系统消费电力最少化等优点。氮化镓半导体器件通过小型化，高电压，高速转换来实现低损失、高效率的新一代电力器件，主要在产业网、电力网、信息和通信技术等领域需求不断增加。

但是氮化镓电力半导体在高品质氮化镓供给上较难，要利用蓝宝石或硅衬底来进行生长。然而，如果氮化镓基氮化物半导体是在这种异质衬底上形成的，因为衬底的晶格常数和热膨胀系数与氮化物半导体的晶格常数和热膨胀系数不同，在氮化物半导体的更大厚度允许晶片弯曲的情况下，很可能会出现问题，例如裂纹进入已生长的半导体薄膜。因此，在尽可能减小半导体厚度的同时，保证半导体的击穿电压和可靠性是非常重要的。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的在于提供一种电子迁移率高，击穿电压高，缓冲漏电流小，开关稳定，抑制短沟道效应，器件可靠性高，可应用于短栅电子器件以及高温大功率器件的增强型高迁移率氮化镓半导体器件及其制备方法。基于该目的，本发明至少提供如下技术方案：

一种增强型高迁移率氮化镓半导体器件，其包括，依次层叠的蓝宝石衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlGaN梯度缓冲层、GaN/In_0.12GaN超晶格背垒层、AlGaN中间层及InAlGaN势垒层，位于所述InAlGaN势垒层上的源极金属、漏极金属和p-AlGaN栅极，位于所述p-AlGaN栅极表面的p-GaN栅极层与栅极金属的自对准结构，位于所述自对准结构、p-AlGaN栅极和InAlGaN势垒层表面的介电层，以及位于所述介电层上与所述栅极金属接触并朝向所述漏极延伸的场板，其中，所述p-GaN栅极层与栅极金属的自对准结构位于所述p-AlGaN栅极表面靠近所述源极的一侧；

所述AlGaN梯度缓冲层包括依次层叠的Al_0.3GaN缓冲层、Al_0.24GaN缓冲层、Al_0.18GaN缓冲层、Al_0.12GaN缓冲层和Al_0.06GaN缓冲层，所述InAlGaN势垒层为InN/AlN/GaN短周期超晶格结构。

进一步的，所述InAlGaN势垒层为厚度为12nm的In_0.17Al_0.42Ga_0.41N势垒层。

进一步的，所述GaN/In_0.12GaN超晶格背垒层的周期数为20，单个周期中，GaN的厚度为2nm，In_0.12GaN的厚度为3nm。