[发明专利]一种组份渐变复合势垒层HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明涉及半导体器件领域，具体涉及一种组份渐变复合势垒层HEMT器件及其制备方法，该组份渐变复合势垒层HEMT器件，包括SiC衬底/Si衬底、AlN成核层、中部厚度大于两侧厚度的GaN沟道层、AlN插入层、渐变Al组份AlGaN势垒层、与渐变Al组份AlGaN势垒层相邻且厚度相同的固定Al组份AlGaN势垒层、源电极、漏电极、栅电极和钝化层。本发明利用三族氮化物的极化效应，在栅下采用了渐变Al组份AlGaN势垒层，能够有效调节栅下半导体的能带结构，增加了势垒高度，降低了栅泄漏电流；同时在非栅势垒区采用了固定Al组份AlGaN势垒层，能保持沟道区高电子浓度，最终达到降低栅泄漏电流的同时保持漏极输出电流处于较高水平的效果。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，具体涉及一种组份渐变复合势垒层HEMT(高电子迁移率晶体管，High electron mobi l i ty trans i s tor)器件及其制备方法。

背景技术

以AlGaN/GaN异质结为代表的Ⅲ族氮化物异质结构，因强极化效应诱导异质结界面处形成高浓度的二维电子气(2-DEG)，非常适合于制备高电子迁移率晶体管。HEMT器件凭借高浓度和高迁移率的二维电子气的特点，被广泛应用于高频微波大功率器件、光电子器件及电力电子器件领域。

然而，AlGaN/GaN HEMT器件的可靠性问题一直是制约其发展的关键难题，而栅泄漏电流又是其中的重要因素。尤其是随着制作工艺的进步，器件的特征尺寸持续缩小，栅电流的影响越来越显著，故如何抑制栅电流来提高AlGaN/GaN HEMT器件的可靠性成为了AlGaN/GaN HEMT器件研究的当务之急。

肖特基势垒隧穿和热电子发射是引起常规AIGaN/GaN HEMT器件栅电流的主要机制，两种机制的发生概率均与势垒高度相关。通过高功函数金属的方法可以在一定程度上提高势垒高度，但是因为表面态等因素的影响使得通过功函数方法提高势垒高度的程度受限；采用栅介质能够有效抑制栅泄漏，但是会增加栅和沟道的距离，降低器件栅控。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种组份渐变复合势垒层HEMT器件及其制备方法，通过采用栅下区域Al组份渐变和非栅沟道区Al组份固定的复合势垒层结构，并利用氮化物的极化效应，来增加栅下势垒高度，且同时保持非栅区沟道电子浓度，从而解决常规HEMT器件栅泄漏电流的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

技术方案一：一种组份渐变复合势垒层HEMT器件，包括SiC衬底/Si衬底，所述SiC衬底/Si衬底的上表面设置有AlN成核层；

所述AlN成核层的上表面设置有GaN沟道层，所述GaN沟道层的中部厚度大于所述GaN沟道层的两侧厚度；

所述GaN沟道层中部的上表面设置有AlN插入层；

所述AlN插入层的上表面中部设置有渐变Al组份AlGaN势垒层；所述AlN插入层的上表面两侧分别设置有与所述渐变Al组份AlGaN势垒层相邻且厚度相同的固定Al组份AlGaN势垒层；

左侧的固定Al组份AlGaN势垒层的上表面左端设置有源电极，右侧的固定Al组份AlGaN势垒层的上表面右端设置有漏电极；所述渐变Al组份AlGaN势垒层的上表面中部设置有栅电极；

所述源电极和所述漏电极分别与所述固定Al组份AlGaN势垒层形成欧姆接触；所述栅电极与所述渐变Al组份AlGaN势垒层形成肖特基接触；

在所述源电极和栅电极之间、所述漏电极和栅电极之间分别设置有钝化层；所述GaN沟道层中部的两个侧面设置有钝化层；所述GaN沟道层两个侧较薄部分的上表面设置有钝化层；所述AlN插入层的两个侧面设置有钝化层；所述固定Al组份AlGaN势垒层的两个侧面设置有钝化层；所述源电极的两个侧面设置有钝化层；所述漏电极的两个侧面分别设置有钝化层。