本發(fā)明涉及一種高耐壓雙柵極橫向HEMT器件，包括位于襯底上的緩沖層以及依次層疊于緩沖層上的GaN溝道層、AlN插入層和AlGaN勢壘層組成的疊層，還包括p型埋層、位于p型埋層上的柵極和位于勢壘層上的源/漏極和Γ型柵；沿厚度方向上，p型埋層自緩沖層靠近溝道層的表面朝向緩沖層中遠(yuǎn)離溝道層的一側(cè)延伸一定深度；源極和漏極位于勢壘層表面；源極和漏極之間設(shè)置一柵槽，Γ型柵位于柵槽中并朝向漏極一側(cè)延伸；沿長度方向上，p型埋層自柵極下方延伸至柵槽下方。通過p型埋層的引入、雙柵結(jié)合AlGaN/AlN/GaN異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)置，本發(fā)明獲得了低導(dǎo)通電阻、高飽和電流、高擊穿電壓和低泄漏電流HEMT器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及HEMT器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高耐壓雙柵極橫向HEMT器件及其制備方法。

背景技術(shù)

AlGaN/GaN?HEMT器件，在高功率、高工作溫度、強抗輻照能力等性能方面的潛能已然超越了Si基功率器件，其不僅具有GaN材料的優(yōu)勢，而且AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)界面處產(chǎn)生極化電場，能夠形成高遷移率和高載流子面密度的二維電子氣(2DEG)，在電力電子領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注。

雖然AlGaN/GaN?HEMT器件在理論上具有很高的耐壓特性，但實際器件的擊穿電壓只有幾百伏，離GaN材料的理論耐壓極限還有很大差距，限制著GaN基HEMT器件的大規(guī)模應(yīng)用。其耐壓低的主要原因有：(1)柵極電場的集中效應(yīng)。當(dāng)器件處在關(guān)斷狀態(tài)下時，電場線集中在柵極邊緣，在柵極靠漏一側(cè)出現(xiàn)電場峰值，使器件提前擊穿；(2)緩沖層的泄漏電流。在關(guān)斷狀態(tài)下，從源極注入的電子經(jīng)過緩沖層到達(dá)漏極形成電流通道，造成器件的提前擊穿。因此，提高HEMT器件的耐壓能力對改善其性能具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的首要目的在于提供一種高耐壓雙柵極橫向HEMT器件及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，獲得低導(dǎo)通電阻、高飽和電流、高擊穿電壓和低泄漏電流的HEMT器件。

本發(fā)明提供的高耐壓雙柵極橫向HEMT器件，既可由P型柵極與MIS槽柵共同控制，同時也可由P型柵極與MIS柵獨立控制。通過在部分GaN溝道層中離子注入形成p型埋層，形成了獨立的P-GaN柵極結(jié)構(gòu)，參與調(diào)控溝道層的二維電子氣。其作用機理如下：p型埋層與GaN溝道層構(gòu)成PN結(jié)，形成空間電荷區(qū)，消耗一部分2DEG，提高了器件的閾值電壓。p型GaN柵極位于AlGaN勢壘層、AlN插入層和GaN溝道層構(gòu)成的AlGaN/AlN/GaN異質(zhì)結(jié)疊層一側(cè)，在器件工作狀態(tài)下，P-GaN柵極接正電壓，GaN溝道層的源極接負(fù)電壓，此時PN結(jié)正向?qū)ǎ臻g電荷區(qū)減小，降低了源漏的導(dǎo)通電阻，提高了正向輸出電流。當(dāng)器件處于關(guān)斷狀態(tài)，P-GaN柵極接負(fù)電壓，GaN溝道層的漏極接正電壓，PN結(jié)處于反向偏壓，同時與GaN緩沖層也形成PN結(jié)反向偏壓，不僅減少了柵極泄漏電流，也減少了緩沖層的泄漏電流，大大提高了器件的耐壓特性。而MIS槽柵則是通過刻蝕部分AlGaN勢壘層形成，降低了柵極下方勢壘層的厚度，使閾值電壓正移，提高柵控能力。同時，在MIS槽柵朝向漏極一側(cè)引入Γ型柵場板，能夠優(yōu)化柵極電場分布，減低柵極電場集中效應(yīng)，提高器件的耐壓特性。

其次在GaN溝道層和AlGaN勢壘層之間插入AlN層形成更深而窄的量子阱，提高了溝道電子密度，同時抑制2DEG滲入到AlGaN勢壘層中，提高了溝道電子遷移率且抑制了電流崩塌。

另外，本發(fā)明的橫向HEMT器件的制備方法簡單，可行性高，制備的器件穩(wěn)定性良好。基于上述目的，本發(fā)明至少提供如下技術(shù)方案：

一種高耐壓雙柵極橫向HEMT器件，包括：襯底、位于襯底上的緩沖層以及依次層疊于緩沖層上的GaN溝道層、AlN插入層和AlGaN勢壘層組成的疊層，還包括p型埋層、位于p型埋層上的p型柵極和位于勢壘層上的源極、漏極和Γ型柵；其中，沿厚度方向上，p型埋層自所述緩沖層靠近溝道層的表面朝向緩沖層中遠(yuǎn)離所述溝道層的一側(cè)延伸一定深度；源極和漏極位于勢壘層表面；源極和漏極之間還設(shè)置一柵槽，該柵槽延伸至勢壘層中一定深度，一高介電介質(zhì)層設(shè)置于該柵槽內(nèi)壁，Γ型柵位于該柵槽中并沿柵槽指向漏極的方向延伸；沿長度方向上，p型埋層自柵極下方延伸至柵槽下方。