本发明专利技术公开一种具有极化匹配势垒层的增强型GaN HEMT，由下至上依次为衬底、缓冲层、沟道层及AlxInyGa1‑x‑yN势垒层，所述AlxInyGa1‑x‑yN势垒层边缘有隔离区，在隔离区之内有源区的AlxInyGa1‑x‑yN势垒层上有源电极、漏电极及栅电极，所述AlxInyGa1‑x‑yN势垒层由极化强度大于沟道层的极化不匹配势垒层和极化强度与沟道层匹配的极化匹配势垒层拼成，所述极化匹配势垒层位于栅电极正投影下方区域内。具有高阈值电压及低沟道导通电阻，制备方法稳定可重复且均匀性高。
【技术实现步骤摘要】
具有极化匹配势垒层的增强型GaNHEMT及制备方法
本专利技术属于高电子迁移率晶体管器件制备领域，尤其涉及一种可获得高阈值电压且阈值电压稳定、可承受高栅压、沟道导通电阻低的具有极化匹配势垒层的增强型GaNHEMT及制备方法。
技术介绍
氮化镓高电子迁移率晶体管器件（GaNHEMT）是基于氮化镓（GaN）材料的高电子迁移率晶体管（HEMT），主要应用于微波射频和电力电子开关领域。传统GaNHEMT的结构是由下至上依次为衬底、缓冲层、沟道层及AlxInyGa1-x-yN势垒层，AlxInyGa1-x-yN势垒层边缘有隔离区，隔离区之内有源区的AlxInyGa1-x-yN势垒层上有源电极、漏电极及栅电极。未掺杂的三族氮化物仅凭自身特有的极化效应即可获得高密度的二维电子气，因此GaNHEMT器件为常开型器件，又称耗尽型器件，而在终端应用尤其电力电子开关领域，通常要求常关型器件，又称增强型器件。为获得增强型GaNHEMT，在栅电极不施加电压或施加负电压条件下电极下方的二维电子气应该耗尽，而在栅电极施加正电压高于阈值电压的条件下产生导电电荷、实现器件导通。稳定地获得高性能增强型GaNHEMT是业界的技术难点，期望的技术要求包括：1）高阈值电压；2）低沟道导通电阻；3）制备方法稳定可重复且均匀性高。现有技术主要分为以下三种：1）在AlxInyGa1-x-yN势垒层上方指定区域（即后续制备的栅电极下方）生长p型GaN帽层或p型AlGaN帽层，该方法获得的增强型器件栅极漏电流较大且不能承受高电压（阈值电压1.5~2V）；2）在AlxInyGa1-x-yN势垒层指定区域（即后续制备的栅电极下方）进行离子注入从而将沟道中的二维电子气耗尽，该方法获得的增强型器件阈值电压在高温下不稳定；3）在AlxInyGa1-x-yN势垒层指定区域（即后续制备的栅电极下方）进行干法刻蚀，将AlxInyGa1-x-yN势垒层大部分或全部刻蚀掉，随后在该区域沉积绝缘介质并制备栅电极，利用该方法获得的增强型器件阈值电压会受介质层与半导体界面和介质层中的移动电荷影响。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种可获得高阈值电压且阈值电压稳定、可承受高栅压、沟道导通电阻低的具有极化匹配势垒层的增强型GaNHEMT。本专利技术的技术解决方案是：一种具有极化匹配势垒层的增强型GaNHEMT，由下至上依次为衬底、缓冲层、沟道层及AlxInyGa1-x-yN势垒层，所述AlxInyGa1-x-yN势垒层边缘有隔离区，在隔离区之内有源区的AlxInyGa1-x-yN势垒层上有源电极、漏电极及栅电极，所述AlxInyGa1-x-yN势垒层由极化强度大于沟道层的极化不匹配势垒层和极化强度与沟道层匹配的极化匹配势垒层拼成，所述极化匹配势垒层位于栅电极正投影下方区域内。一种上述具有极化匹配势垒层的增强型GaNHEMT的制备方法，依次按照如下步骤进行：a.外延生长具有衬底、缓冲层、沟道层及AlxInyGa1-x-yN势垒层的GaNHEMT晶圆片，AlxInyGa1-x-yN势垒层是极化不匹配势垒层；b.在极化不匹配势垒层上面制备介质保护层；c.在介质保护层上面涂布光刻胶，光刻显影后进行干法刻蚀并终止在极化不匹配势垒层，去胶后在介质保护层上形成图形；d.用介质保护层作为掩膜，按照图形对极化不匹配势垒层部分区域进行干法刻蚀，刻蚀深度与极化不匹配势垒层一致；e.将上述刻蚀后的晶圆片二次外延生长极化匹配势垒层，厚度与极化不匹配势垒层相同；f.利用湿法腐蚀的方法，在BOE或HF酸溶液中剥离介质保护层及其上方的二次生长外延层；g.制备器件隔离区、源电极、漏电极和栅电极，极化匹配势垒层位于栅电极正投影下方区域内，即制成具有极化匹配势垒层的增强型GaNHEMT。一种上述具有极化匹配势垒层的增强型GaNHEMT的制备方法，依次按照如下步骤进行：a.外延生长具有衬底、缓冲层、沟道层及AlxInyGa1-x-yN势垒层的GaNHEMT晶圆片，AlxInyGa1-x-yN势垒层是极化匹配势垒层；b.在极化匹配势垒层上面制备介质保护层；c.在介质保护层上面涂布光刻胶，光刻显影后进行干法刻蚀并终止在极化匹配势垒层，去胶后在介质保护层上形成图形；d.用介质保护层作为掩膜，按照图形对极化匹配势垒层部分区域进行干法刻蚀，刻蚀深度与极化匹配势垒层一致；e.将上述刻蚀后的晶圆片二次外延生长极化不匹配势垒层，厚度与极化匹配势垒层相同；f.利用湿法腐蚀的方法，在BOE或HF酸溶液中剥离介质保护层及其上方的二次生长外延层；g.制备器件隔离区、源电极、漏电极和栅电极，极化匹配势垒层位于栅电极正投影下方区域内，即制成具有极化匹配势垒层的增强型GaNHEMT。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：（1）通过极化匹配的原理可获得高阈值电压（2.5V）；（2）栅电极下方的极化匹配势垒层可承受高栅压，无需引入介质层，因此阈值电压不受介质层移动电荷的影响，非常稳定；（3）当栅电极所施加正电压高于阈值电压时，极化匹配势垒层下方沟道中产生二维电子气与以外区域的二维电子气连接，其电子输运特性尤其是高电场下的电子迁移率优于GaN体材料，有效降低沟道导通电阻。（4）制备方法稳定，可重复且均匀性高。附图说明图1是本专利技术实施例1和实施例2的结构示意图。图2是本专利技术实施例1极化匹配势垒层与极化不匹配势垒层至沟道层的能带图。图3是本专利技术实施例与现有耗尽型GaNHEMT的转移曲线对比图。具体实施方式实施例1：本专利技术的具有极化匹配势垒层的增强型GaNHEMT如图1所示：与现有技术相同由下至上依次为衬底1、缓冲层2、GaN沟道层3及AlxInyGa1-x-yN势垒层4，AlxInyGa1-x-yN势垒层4边缘有隔离区5，在隔离区5之内有源区的AlxInyGa1-x-yN势垒层4上有源电极6、漏电极7及栅电极8，与现有技术所不同的是AlxInyGa1-x-yN势垒层4由极化强度大于GaN沟道层3的极化不匹配势垒层4-1（Al0.2Ga0.8N）和极化强度与GaN沟道层3匹配的极化匹配势垒层4-2（In0.2Al0.8N）拼成，极化匹配势垒层4-2位于栅电极8正投影下方区域内，可以小于或等于栅电极8正投影下方区域。AlxInyGa1-x-yN的极化强度Ptotal(AlxInyGa1-x-yN)为自发极化PSP(AlxInyGa1-x-yN)和压电极化PPZ(AlxInyGa1-x-yN)两部分之和：PSP(AlxInyGa1-x-yN)=xPSP(AlN)+yPSP(InN)+(1-x-y)PSP(GaN)+0.0191x(1-x-y)+0.0378y(1-x-y)+0.0709xy，PPZ(AlxInyGa1-x-yN)=xPPZ(AlN)+yPPZ(InN)+(1-x-y)PPZ(GaN)，其中，PSP(AlN)、PSP(InN)和PSP(GaN)分别为AlN、InN、GaN的自发极化强度，PPZ(AlN)、PPZ(InN)和PPZ(GaN)分别为AlN、InN、GaN的压电极化强度。极化匹配需满足AlxInyGa1-x-yN势垒层总的极化强度与AlxInyGa1-x-yN沟道层总的极化强度一致或接近（不匹配度小于5%，且本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有极化匹配势垒层的增强型GaN HEMT，由下至上依次为衬底（1）、缓冲层（2）、沟道层（3）及AlxInyGa1‑x‑yN势垒层（4），所述AlxInyGa1‑x‑yN势垒层（4）边缘有隔离区（5），在隔离区（5）之内有源区的AlxInyGa1‑x‑yN势垒层（4）上有源电极（6）、漏电极（7）及栅电极（8），其特征在于：所述AlxInyGa1‑x‑yN势垒层（4）由极化强度大于沟道层（3）的极化不匹配势垒层（4‑1）和极化强度与沟道层（3）匹配的极化匹配势垒层（4‑2）拼成，所述极化匹配势垒层（4‑2）位于栅电极（8）正投影下方区域内。
【技术特征摘要】
1.一种具有极化匹配势垒层的增强型GaNHEMT，由下至上依次为衬底（1）、缓冲层（2）、沟道层（3）及AlxInyGa1-x-yN势垒层（4），所述AlxInyGa1-x-yN势垒层（4）边缘有隔离区（5），在隔离区（5）之内有源区的AlxInyGa1-x-yN势垒层（4）上有源电极（6）、漏电极（7）及栅电极（8），其特征在于：所述AlxInyGa1-x-yN势垒层（4）由极化强度大于沟道层（3）的极化不匹配势垒层（4-1）和极化强度与沟道层（3）匹配的极化匹配势垒层（4-2）拼成，所述极化匹配势垒层（4-2）位于栅电极（8）正投影下方区域内。2.一种如权利要求1所述具有极化匹配势垒层的增强型GaNHEMT的制备方法，其特征在于依次按照如下步骤进行：a.外延生长具有衬底（1）、缓冲层（2）、沟道层（3）及AlxInyGa1-x-yN势垒层（4）的GaNHEMT晶圆片，AlxInyGa1-x-yN势垒层（4）是极化不匹配势垒层（4-1）；b.在极化不匹配势垒层（4-1）上面制备介质保护层；c.在介质保护层上面涂布光刻胶，光刻显影后进行干法刻蚀并终止在极化不匹配势垒层（4-1），去胶后在介质保护层上形成图形；d.用介质保护层作为掩膜，按照图形对极化不匹配势垒层（4-1）部分区域进行干法刻蚀，刻蚀深度与极化不匹配势垒层（4-1）一致；e.将上述刻蚀后的晶圆片二次外延生长极化匹配势垒层（4-2），厚度与极化不匹配...
【专利技术属性】
技术研发人员：王荣华，梁辉南，高珺，
申请(专利权)人：大连芯冠科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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