[发明专利]一种GaN基HEMT及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种GaN基HEMT及其制备方法和应用。本发明的GaN基HEMT的组成包括依次层叠设置的衬底、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层和钝化层，还包括源极、栅极、漏极和GaN帽层，源极、栅极和漏极中至少有一个设置有场板。本发明的GaN基HEMT的制备方法包括以下步骤：1)在衬底上依次外延生长GaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层和GaN帽层；2)沉积钝化层；3)沉积源极和漏极；4)沉积栅极；5)沉积场板。本发明的GaN基HEMT具有击穿电压大、稳定性和可靠性高等优点，且其制备方法简单、可行性高、可重复性高，适合在高温、高压条件下的大功率应用。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种GaN基HEMT及其制备方法和应用。

背景技术

随着微波与射频技术的快速发展，现有的Si基功率器件和GaAs基功率器件在面对高温、高耐压、抗辐射、大功率、高效率、超带宽等工作条件时已经无法完全满足相应的性能要求，微波功率器件的研究重心开始转向宽禁带半导体材料器件。

氮化镓(GaN)具有禁带宽度大、击穿电压高、极化效应显著等特性，而以AlGaN/GaNHEMT为代表的GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)具有电子浓度高、电子迁移率大、击穿电压大(高达3.4MV/cm)等优点，特别适用于高场条件下的大功率应用。

典型结构的GaN基HEMT(组成结构包括依次层叠设置的衬底、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层和钝化层，还包括源极、栅极和漏极，源极和漏极均与AlGaN势垒层形成欧姆接触，栅极与AlGaN势垒层形成肖特基接触)是一种横向器件，当在关态下对漏极施加高电压时，由于栅漏间沟道处的二维电子气处于未完全耗尽的状态，电场会聚集在栅极靠近漏极一侧的边缘附近，形成一个强的电场峰值，电场峰值随着栅漏电压的增加而增加，直至高于氮化镓的临界击穿电压，器件最终发生雪崩击穿而失效(器件的击穿电压定义为漏极和栅极之间电场强度的积分)。栅极靠近漏极一侧边缘的强电场峰值的存在使得器件的实际击穿电压远低于其理论击穿电压，GaN材料的高临界击穿电场的优势无法得到充分发挥，因此，典型结构的GaN基HEMT在高压方面的应用受到很大限制。

目前，为了提高GaN基HEMT的耐压特性，最常见的方法是引入场板结构，例如：Saito等人制备出了具有源场板结构的GaN基HEMT，其导通电阻低至3.3mΩ·cm²，击穿电压高达600V，场板的引入有利于降低器件栅极靠漏极一侧的强电场峰值，有效提高了器件的关态击穿电压(Saito,Takada,Kuraguchi,et al.High breakdown voltage AlGaN-GaNpower-HEMT design and high current density switching behavior[J].in IEEETransactions on Electron Devices,2003,50(12):2528-2531.)。然而，场板技术虽然可以在一定程度上提升器件的耐压特性，但距氮化镓的理论耐压极限还有很大差距，器件的耐压性能还有巨大的提升空间。

因此，如何进一步提升器件的耐压性能成为GaN基HEMT实现高温、高压应用亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种GaN基HEMT及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种GaN基HEMT，其组成包括依次层叠设置的衬底、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层和钝化层，还包括源极、栅极、漏极和GaN帽层；所述源极与AlGaN势垒层形成欧姆接触，且与钝化层接触；所述栅极至少部分贯穿钝化层，且与AlGaN势垒层形成肖特基接触；所述漏极与AlGaN势垒层形成欧姆接触，且与钝化层接触；所述GaN帽层设置在钝化层内部，且设置在栅极和漏极之间的区域；所述GaN帽层与AlGaN势垒层接触形成自然极化结；所述源极、栅极和漏极中至少有一个设置有场板。

优选的，所述衬底为Si衬底。