[发明专利]一种增强型氮化镓基晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种增强型氮化镓基晶体管，包括自下而上的衬底(1)、复合缓冲层(2)、沟道层(3)和势垒层(4)，其特征在于，所述复合缓冲层(2)、沟道层(3)和势垒层(4)均采用三族氮化物半导体，在所述势垒层(4)上设置有P型氮化物帽层(6)、钝化层(5)、源电极(7)、漏电极(8)和栅电极(9)，所述P型氮化物帽层(6)在侧面和顶面均被所述栅电极(9)包围，所述钝化层(5)布设于所述栅电极(9)与源电极(7)之间以及所述栅电极(9)与漏电极(8)之间；所述栅电极(9)与势垒层(4)形成肖特基接触，所述源电极(7)和漏电极(8)均与势垒层(4)形成欧姆接触；所述沟道层(3)与势垒层(4)之间形成异质结，并由极化效应在异质结界面的沟道层(3)一侧形成二维电子气沟道，所述P型氮化物帽层(6)使得器件沟道中的二维电子气部分耗尽，使器件在未加栅压下处于关断状态，实现增强型的目的。

2.根据权利要求1所述增强型氮化镓基晶体管，其特征在于，所述衬底(1)为硅、蓝宝石、碳化硅、金刚石中的一种。

3.根据权利要求1所述增强型氮化镓基晶体管，其特征在于，所述三族氮化物半导体为氮化镓、氮化铝、氮化铟或者其中两种或多于两种组成的多元化合物。

4.根据权利要求1所述增强型氮化镓基晶体管，其特征在于，所述复合缓冲层(2)包括三层，自下而上分别为成核层(21)、过渡层(22)与缓冲层(23)，所述成核层(21)的材料采用AlN或GaN，厚度100-300nm；所述过渡层(22)的材料采用AlGaN，厚度为200-1000nm；所述缓冲层(23)的材料采用GaN或AlGaN，厚度为100-3000nm。

5.根据权利要求1所述增强型氮化镓基晶体管，其特征在于，所述沟道层(3)的材料采用GaN或InGaN，厚度为50nm-500nm；所述势垒层(4)的材料采用AlGaN或InAlN或AlN或InAlGaN，厚度为2-40nm；所述钝化层(5)材料采用SiN或SiO₂或Al₂O₃，厚度为10-300nm；所述P型氮化物帽层(6)的材料采用GaN或InGaN，掺杂杂质为Mg，掺杂浓度为1×10¹⁷-7×10¹⁹，厚度为50-200nm。

6.根据权利要求1所述增强型氮化镓基晶体管，其特征在于，所述栅电极(9)采用两层金属，下面一层的材料采用Ti或Ni或Al或Ta或TiN或TaN；所述源电极(7)和所述漏电极(8)采用四层金属，最下面两层的材料采用Ti/Al或Ta/Al或Mo/Al。

7.根据权利要求1所述增强型氮化镓基晶体管，其特征在于，所述势垒层(4)与沟道层(3)之间设有一层隔离层(31)，隔离层(31)的材料采用AlN，厚度为0.5-2nm。

8.权利要求1所述增强型氮化镓基晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在衬底(1)上采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法依次外延生长三族氮化物作为复合缓冲层(2)；

S2：在复合缓冲层(2)上采用金属有机物化学气相淀积MOCVD方法外延生长沟道层(3)、势垒层(4)和P型氮化物帽层(6)；

S3：在势垒层(4)和沟道层(3)上制备器件的电学隔离；

S4：在势垒层(4)表面将部分P型氮化物帽层(6)去除，采用真空蒸发或者磁控溅射技术制备源电极(7)和漏电极(8)，并进行高温热退火，以与二维电子气形成欧姆接触；

S5：采用真空蒸发或者磁控溅射技术制备栅电极(9)，与势垒层(4)形成肖特基接触，且栅电极(9)包围P型氮化物帽层(6)；

S6：采用PECVD淀积的方法在势垒层(4)表面源电极(7)和漏电极(8)之间淀积一层氮化物薄膜，形成钝化层(5)。