[发明专利]高电子迁移率晶体管及其制备方法

说明书

本公开提供一种高电子迁移率晶体管及其制备方法。高电子迁移率晶体管包括第一半导体结构、第二半导体结构和导电石墨烯层。第一半导体结构位于栅极金属靠近衬底的一侧并与栅极金属连接。第二半导体结构位于漏极金属与第二半导体层之间并与漏极金属连接。导电石墨烯层设置于栅极金属与第一半导体结构之间且与栅极金属相对设置，和/或设置于第二半导体结构和第二半导体层之间且与第二半导体结构相对设置。通过设置导电石墨烯层，可抑制第一半导体结构的活性镁离子扩散至栅极金属，从而降低栅极金属的漏电，提升栅极金属的稳定性；或者抑制第二半导体结构的活性镁离子扩散至第二半导体层，从而提高漏极金属的正向导通和反向截断特性。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种高电子迁移率晶体管及其制备方法。

背景技术

基于第三代宽禁带半导体材料GaN HEMT(High electron mobility transistor，高电子迁移率晶体管)器件，通过Ⅲ族氮化物半导体(GaN、AlGaN、InGaN等)压电极化和自发极化效应，在AlGaN/GaN异质结沟道内产生高浓度与高迁移率的2DEG，使得GaN HEMT器件具有低导通、低开关损耗、高耐压、高开关频率等优势，能够满下一代电力电子系统对功率器件更大功率、更高频率、更小体积和更高温度的工作要求，对于实现电力电子系统高效化及低成本化具有重要意义。

其中P-GaN技术广泛应用并已经商业化。但是目前的P-GaN HEMT器件仍存在栅极金属稳定性差、电流崩塌和动态导通电阻退化等问题，限制了GaN功率器件的高可靠性应用。

发明内容

本公开主要解决的技术问题是如何提高氮化镓高电子迁移率晶体管器件的可靠性。

为解决上述技术问题，本公开采用的第一个技术方案是：提供一种高电子迁移率晶体管，其中，包括：

第一导电类型的衬底；

第一导电类型的外延层，设置在衬底的表面，外延层至少包括：第一半导体层和设置在第一半导体层上的第二半导体层，第一半导体层和第二半导体层为异质结构；

漏极金属和栅极金属，彼此间隔且绝缘地设置于外延层上；

第一半导体结构，设置在外延层上且位于栅极金属靠近衬底的一侧，并与栅极金属连接；

第二半导体结构，设置在外延层上且位于漏极金属与第二半导体层之间，并与漏极金属连接；第一半导体结构和第二半导体结构均为第二导电类型的半导体结构；

导电石墨烯层，设置于栅极金属与第一半导体结构之间，且与栅极金属相对设置，和/或设置于第二半导体结构和第二半导体层之间，且与第二半导体结构相对设置。

其中，设置于栅极金属与第一半导体结构之间，且与栅极金属相对设置的导电石墨烯层被定义为第一导电石墨烯层；在栅极金属与漏极金属的布设方向上，第一导电石墨烯层的宽度大于栅极金属的宽度。

其中，在栅极金属与漏极金属的布设方向上，第一半导体结构的宽度等于第一导电石墨烯层的宽度。

其中，设置于第二半导体结构和第二半导体层之间，且与第二半导体结构相对设置的导电石墨烯层被定义为第二导电石墨烯层；在栅极金属与漏极金属的布设方向上，第二半导体结构的宽度与第二导电石墨烯层的宽度相同。

其中，漏极金属覆盖第二半导体结构及第二导电石墨烯层远离栅极金属的一侧表面并与第二半导体层接触设置，且向靠近栅极金属的方向延伸并覆盖第二半导体结构远离衬底的一侧表面。

其中，第一半导体层和第二半导体层均为Ⅲ族氮化物。

其中，第一半导体层包括GaN，第二半导体层包括AlGaN。

其中，第一半导体结构和第二半导体结构均包括P-GaN。