[发明专利]一种低栅泄漏电流的增强型GaN HEMTs及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低栅泄漏电流的增强型GaN HEMTs及其制备方法，所述GaN HEMTs包括衬底、缓冲层、沟道层、势垒层、源接触电极、漏接触电极、基于p‑GaN的自对准T型栅控结构和钝化层，基于p‑GaN的自对准T型栅控结构包括P‑GaN帽层、栅钝化层和栅极金属；缓冲层、沟道层、势垒层和P‑GaN帽层自下而上依次设置在衬底上，源接触电极和漏接触电极均设置在势垒层的部分上表面，且分别位于基于p‑GaN的自对准T型栅控结构的两侧，栅极金属设置在P‑GaN帽层的部分上表面，栅钝化层设置在P‑GaN帽层剩余部分上表面和势垒层剩余部分上表面，钝化层设置在栅钝化层的上表面。本发明不仅能够有效减小正向高栅压下的栅泄露电流，同时有效规避额外栅电容的引入，获得高可靠性的栅极结构。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种低栅泄漏电流的增强型GaNHEMTs及其制备方法。

背景技术

第三代半导体GaN材料具有宽带隙、高击穿场强、高饱和电子漂移速度以及高浓度异质结二维电子气等优异的特性，是制备高功率、高击穿电压以及高频率电力电子器件的优选结构，在无线通信、电力系统、探测等领域具有重要的应用前景。

近年来，氮化镓基高电子迁移率晶体管为面向宇航应用的分立式晶体管、集成电路和多芯片模块应用提供了更大功率范围和更宽应用频率的解决方案。现在主流的增强型器件为P型GaN帽层结构的GaN高电子迁移率晶体管，被广泛应用于整流电路、逆变桥、开关型稳压电路等结构中。在高压下，栅泄漏电流已经成为影响器件可靠性的一个重要项目。栅泄漏电流的主要来自于由P-GaN帽层刻蚀损伤引入的缺陷能级。针对刻蚀损伤的问题，国内外研究人员采用了多种生长方式生长的HfO₂、ZrO₂、Si₃N₄、SiO₂、Al₂O₃、AlNO的单层或多种叠层钝化结构来改善刻蚀界面。然而钝化层使得器件在实际应用过程中引入了额外的寄生电容，同时不稳定的介质质量会引入新的介质内的缺陷从而导致器件可靠性与良品率的下降。因此，开发一种有效改善刻蚀界面的同时不额外引入寄生电容的GaN基高电子迁移率晶体管对于实际应用具有重要意义。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种低栅泄漏电流的增强型GaNHEMTs及其制备方法，能有效解决上述方法导致栅泄漏电流较大，引入额外的寄生电容等不足之处。

技术方案：第一方面，本发明提供一种低栅泄漏电流的增强型GaN HEMTs，包括衬底、缓冲层、沟道层、势垒层、源接触电极、漏接触电极、基于p-GaN的自对准T型栅控结构和钝化层，所述基于p-GaN的自对准T型栅控结构包括P-GaN帽层、栅钝化层和栅极金属；所述缓冲层、沟道层、势垒层和P-GaN帽层自下而上依次设置在衬底上，所述源接触电极和漏接触电极均设置在势垒层的部分上表面，且分别位于基于p-GaN的自对准T型栅控结构的两侧，所述栅极金属设置在P-GaN帽层的部分上表面，所述栅钝化层设置在P-GaN帽层剩余部分上表面和势垒层剩余部分上表面，所述钝化层设置在栅钝化层的上表面。

优选的，所述衬底为SiC、Si、蓝宝石、金刚石或GaN自支撑衬底中的一种；所述缓冲层为AlN、AlGa_xN_(1-x)、GaN中的一种或多种组成的单层或多层结构；所述沟道层为GaN、AlN或AlGaN中的一种；所述势垒层为AlGa_xN_(1-x)、AlIn_xN_(1-x)或AlN中的一种。

优选的，所述源接触电极、漏接触电极为低功函数金属，所述低功函数金属为Ti-Al合金、Ti-Al-Ti-Au合金、Ti-Al-Ni-Au合金或Ti-Al-Mo-Au合金中的一种。