[发明专利]增强型GaN基高电子迁移率晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种增强型GaN基高电子迁移率晶体管，自下而上依次包括：一衬底层；一GaN缓冲层；一AlGaN势垒层；一p‑GaN层；一Ga₂O₃层，长宽与p‑GaN层保持一致；源电极和漏电极，设置在AlGaN势垒层上；栅电极，设置在Ga₂O₃层上，长宽与Ga₂O₃层保持一致，将源电极和漏电极间隔开。并公开了其制备方法。本发明的HEMT器件结构中，由于GaN料的自发极化和压电极化效应，GaN和AlGaN层之间会形成2DEG；在零偏压时，p‑GaN层能够耗尽上述沟道中的2DEG，使器件得到增强型性能；氧化镓与p‑GaN在栅下形成p‑n结，与栅极共同调控沟道载流子。本发明的有益效果如下：提高器件的正向阈值电压；提高器件的栅极击穿电压；降低器件的关态漏电流。

技术领域

本发明涉及一种增强型GaN基高电子迁移率晶体管及其制备方法，属于半导体器件技术领域。

背景技术

III族氮化物半导体材料是第三代半导体材料，具有禁带宽度大、电子饱和速度高、且耐高温、耐高压、抗辐射等优良特性，是制备电力电子器件的理想材料。GaN基高迁移率晶体管(HEMT)比基于Si、GaAs材料的电力电子器件在高温、高频、大功率领域具有更广阔的应用前景。AlGaN/GaN异质结是GaN基HEMT器件的基本结构，由于GaN材料独特的自发极化和压电极化效应，GaN基HEMT器件沟道处天然存在高浓度的二维电子气(2DEG)。因此传统的GaN基HEMT器件在为加电压时就存在电流，工作电压为负值，是耗尽型(常开型)器件。而为了简化后期栅极驱动电路设计的复杂程度，降低成本，工业界更需要增强型(常关型)器件。实现增强型器件的原理在于耗尽AlGaN/GaN异质结处的2DEG，通过工艺技术手段，目前有多种方法可以实现。其中在栅极下长一层p-GaN这种方法工艺可控性强，能够大规模重复生产，是目前工业界最常采用的增强型方法。但是GaN材料在生长过程中不可避免存在缺陷，这些缺陷会影响HEMT器件的性能。传统p-GaN栅结构HETM器件的阈值电压较低，栅极击穿电压有提升空间，且由于缺陷的存在，会存在关态漏电流，从而降低器件性能。氧化镓(Ga₂O₃)材料是一种超宽禁带半导体材料，且能够转移到GaN材料上，为GaN基HEMT器件提供新结构的可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增强型GaN基高电子迁移率晶体管，可提高器件阈值电压和栅极击穿电压，降低器件的关态栅极漏电流，提高器件性能。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种增强型GaN基高电子迁移率晶体管，其结构自下而上依次包括：

一衬底层；

一GaN缓冲层；

一AlGaN势垒层；

一p-GaN层；

一Ga₂O₃层，长宽与p-GaN层保持一致，完全覆盖在p-GaN层上方；

源电极和漏电极，设置在AlGaN势垒层上；

栅电极，设置在Ga₂O₃层上，长宽与Ga₂O₃层保持一致，且设置在所述源电极和漏电极之间，将源电极和漏电极间隔开。

优选的，p-GaN层的厚度为在零偏压条件下，耗尽GaN缓冲层和AlGaN势垒层之间形成的高密度的二维电子气。

优选的，还包括SiN钝化层，所述SiN钝化层设置于晶体管表面。

优选的，所述栅电极为条形栅电极。

优选的，所述栅电极为环形栅电极。