[发明专利]一种多插指埋栅结构的增强型高压HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种多插指埋栅结构的增强型高压HEMT器件及其制备方法，包括依次层叠的应力释放层、高阻缓冲层、沟道层、插入层和势垒层；源极和漏极位于势垒层两端，与所述插入层接触；栅极位于势垒层上；栅电介质层，位于栅极和势垒层之间；包含插指埋栅单元的多插指埋栅结构，沿势垒层表面延伸至势垒层中一定深度，沿源极指向漏极的方向上，所述多插指埋栅结构与势垒层之间构成多个依次排列的PN结。本发明采用离子注入工艺形成的多插指埋栅结构的引入，大大提高了器件的耐压特性，同时减少了栅极的泄露电流，提升了饱和漏极电流的上限，在获得增强型器件的同时增大输出电流。

技术领域

本发明涉及HEMT器件技术领域，尤其涉及一种多插指埋栅结构的增强型高压HEMT器件及其制备方法。

背景技术

AlGaN/GaN界面处因自发极化和压电极化形成的高迁移率电子密度的二维电子气(2DEG)。然而，高密度的2DEG会导致器件在零偏压状态下的HEMT器件处于导通状态，成为常开型器件。虽然常开的AlGaN/GaN用于低压和高频应用，但对于电源开关应用，常常需要常关特性来保证安全操作和简单的栅极驱动配置，从而保证在电力电子器件中的广泛应用。同时AlGaN/GaN HEMT器件结构在理论上具有很高的耐压特性，但实际击穿只有几百伏，距离GaN最大击穿极限还有很大差距。

目前实现常关特性也就是增强型HEMT功率器件的方法有凹栅结构、氟离子注入技术、P-GaN栅技术和级联结构，在这些结构中，或多或少都存在着不可避免的缺陷。(1)凹槽栅仅能降低栅下区域的极化电荷密度、势垒层的精确刻蚀在工艺中难以控制、阈值电压与AlGaN势垒层厚度密切，难以准确控制器件的阈值电压，其工艺重复性差。(2)氟离子注入在技术可控性、易操作性和减少晶格损伤等方面具有重要优势，但不可避免的会在沟道处产生少量氟离子、导致沟道处的载流子迁移率下降。(3)级联结构是将增强型MOSFET和高压耗尽型GaN HEMT器件全脸的电路结构设计，但这种方式存在成本高、电阻串联寄生效应、工作温度受限等问题。(4)P-GaN栅技术可以很好的避免上述的诸多问题，通过在栅极和AlGaN势垒层之间插入P-GaN层，提升势垒层的高度获得增强型器件，但目前P-GaN栅极技术仍存在栅极摆幅小，栅极驱动能力有限，且需要通过刻蚀选择性的去除P-GaN盖层，在此过程中下方的AlGaN势垒层会受到等离子体冲击的破坏，导致表面陷阱密度的增加和沟道处2DEG浓度和迁移率的下降，增加器件的导通电阻。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的是提供一种多插指埋栅结构的增强型高压HEMT器件及其制备方法。该器件通过离子注入工艺，沿势垒层表面至一定深度处形成包含多个插指埋栅单元的多插指埋栅结构，使得栅下区域的AlGaN势垒层厚度得以减薄，降低了由于极化效应产生的2DEG浓度，同时由于在AlGaN势垒层上引入p型AlGaN埋栅使得沟道处AlGaN的导带升高到费米能级以上，导致2DEG耗尽获得高阈值电压。由于常规P-GaN HEMT为保证能够在正常情况下处于关断状态需要较薄的AlGaN厚度，同样其非栅区域的AlGaN厚度较薄，产生的2DEG浓度较低，使得饱和漏极电流受限。而本发明多插指埋栅结构的HEMT器件，其栅下区域是通过离子注入方式将n型AlGaN转变为p型AlGaN，使得其栅下区域n型AlGaN的厚度可控，从而允许非栅区域更大的AlGaN厚度，提升了饱和漏极电流的上限，在获得增强型器件的同时增大输出电流。多插指埋栅结构的表面布置一栅电介质层，在获得增强型器件的同时作为保护层，防止高温退火过程中离子注入区域的损坏和分解，减少了栅下区域附近的缺陷和杂质，从而使得器件在正常工作时，减小栅极泄露电流对器件的影响。