一种增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种增强型AlGaN/GaN高电子迀移率晶体管(HEMT)。
【背景技术】
[0002]随着现代武器装备和航空航天、无线通信、汽车电子等技术的发展，对半导体器件的性能提出了更高的要求。以Si和GaAs为代表的前两代半导体材料已经不能满足这些要求，第三代宽禁带半导体材料因为其优异的性能得到了飞速的发展。其中GaN材料是最具代表性的第三代半导体材料，相比于Si，GaAs和碳化硅(SiC)，GaN材料具有极化效应。利用这种特殊性能，人们研制出了AlGaN/GaN高电子迀移率晶体管(HEMT)。
[0003]由于具有大禁带宽度、高电子迀移率、高电子饱和速度和大击穿场强等优点，基于GaN材料的AlGaN/GaN高电子迀移率晶体管(HEMT)在最近十几年成为了微波功率器件及电路领域的研究热点。单片微波集成电路(MMIC)由于其相对其他微波电路有更小的尺寸，所以更适合运用在高频率的微波应用中。
[0004]尽管AlGaN/GaN HEMT具有许多优点，但也遇到了很多问题，其中之一就是常规工艺制作的AlGaN/GaN HEMT均为耗尽型(阈值电压Vth<0V)。因为要使用负的开启电压，耗尽型HEMT比增强型(Vth>0V)HEMT电路设计要复杂得多，这增加了HEMT电路的成本。增强型HEMT是高速开关、高温GaN集成电路、射频集成电路(RFIC)和微波单片集成电路(MMIC)的一个重要组成部分。从应用的角度来说，增强型HEMT有着耗尽型HEMT无法比拟的优势。在微波功率放大器和低噪音功率放大器领域，增强型HEMT不需要负电极电压，降低了电路的复杂性和成本;在高功率开关领域，增强型HEMT能够提高电路的安全性;在数字快速电路应用领域，氮化物半导体由于缺少P沟道器件，无法形成低功耗的互补逻辑，增强型HEMT能够缓解缺少P沟道的问题，实现简化的电路结构。因此有必要开展增强型AlGaN/GaN HEMT器件的研究。
[0005]目前的主要解决AlGaN/GaNHEMT的阈值电压小于零的方法是采用刻蚀凹栅，刻蚀凹栅能降低栅极到沟道的距离从而提高栅极对于沟道的控制，能够有效提高器件的阈值电压。同时，凹栅刻蚀能够提高器件跨导，提高AlGaN/GaN的高频性能，减少由于栅长减短而引起的短沟道效应。
[0006]但是，现有凹栅型AlGaN/GaN HEMT器件的制造工艺由于对AlGaN层的厚度以及凹栅刻蚀深度的准确控制比较困难，因此工艺重复性较差，并且阈值电压的可控性较差。另外，刻蚀过程中等离子体会损伤界面，影响器件的稳定性。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种增强型AlGaN/GaN高电子迀移率晶体管(HEMT)，以解决现有的凹栅型增强型AlGaN/GaN HEMT器件工艺重复性较差，阈值电压的可控性较差以及器件稳定性不好的技术问题。
[0008]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:提出一种增强型AlGaN/GaN高电子迀移率晶体管(HEMT)，其包括:
[0009]衬底；
[00?0] 非故意掺杂的GaN( 1-GaN)层，所述1-GaN层位于衬底之上，并且所述1-GaN层的左部表面和右部表面各嵌入一层p型掺杂的GaN(p-GaN)层，但所述1-GaN层的中部表面未嵌入p-GaN层 ο
[0011]当然，上述晶体管还可包括晶体管的以下常规构成部分:
[0012]源极S，所述源极S位于所述1-GaN层左部表面或右部表面的p-GaN层上，并且所述源极S的宽度小于此p-GaN层的宽度；
[0013]漏极D，所述漏极D位于所述1-GaN层的另一p-GaN层上，并且所述漏极D的宽度小于此P-GaN层的宽度；
[0014]非故意掺杂的AlGaN( 1-AlGaN)层，所述1-AlGaN层位于所述1-GaN层的中间表面上，并且所述1-AlGaN层覆盖所述1-GaN层表面上左部表面和右部表面所嵌入的所述p-GaN层，以及所述1-GaN层表面上未嵌入p-GaN层的1-GaN表面；
[0015]η型掺杂的AlGaN(n-AlGaN)层，所述η-AlGaN层位于所述1-AlGaN层上，并且所述源极S和所述漏极D与所述η-AlGaN层和所述1-AlGaN层接触；
[0016]栅极Gate，所述栅极Gate位于所述η-AlGaN层上，并且所述栅极Gate的宽度小于所述η-AlGaN层的宽度。
[0017]如上所述的增强型AlGaN/GaN高电子迀移率晶体管(HEMT)，进一步，其中所述衬底为蓝宝石衬底。
[0018]如上所述的增强型AlGaN/GaN高电子迀移率晶体管(HEMT)，进一步，其中所述p-GaN层与所述漏极D和所述源极的接触为欧姆接触，且其厚度满足在无栅压的情况下，所述增强型AlGaN/GaN高电子迀移率晶体管(HEMT)不会自动开启。
[0019]如上所述的增强型AlGaN/GaN高电子迀移率晶体管(HEMT)，进一步，其中所述p-GaN是通过掺入Mg元素形成的。
[0020]如上所述的增强型A1 GaN/GaN高电子迀移率晶体管(HEMT)，进一步，源极S、漏极D也可以位于AlGaN层上。
[0021 ]如上所述的制造方法，进一步，包括以下步骤:
[0022]步骤102，在1-GaN缓冲层的指定位置生长p-GaN层；
[0023]步骤103，在所述1-GaN缓冲层的其它位置生长1-GaN层；
[0024]如上所述的制造方法，进一步，其中步骤102中的指定位置是指所述1-GaN缓冲层的左部和右部，而所述1-GaN缓冲层其它位置使用掩膜保护。
[0025]如上所述的制造方法，进一步，在所述步骤102之前还包括下述步骤:
[0026]步骤101，在衬底上生长1-GaN缓冲层。
[0027]如上所述的制造方法，进一步，所述衬底为蓝宝石衬底。
[0028]如上所述的制造方法，进一步，在所述步骤103之后还包括下述步骤:
[0029]步骤104，对整个GaN层进行刻蚀和高温退火，激活掺杂元素并确保GaN界面的缺陷尽可能的少。
[0030]步骤105，进行1-AlGaN和η-AlGaN层的外延生长以及电极制备、钝化等后续步骤直至完成器件的制备。
[0031]本发明的有益效果是:
[0032]本发明提出的增强型AlGaN/GaN HEMT器件的优点在于不需要对栅极Gate和AlGaN层界面进行刻蚀，因此能很好地保持栅极和AlGaN层界面，从而提高器件的稳定性，由于不需要进行刻蚀，因此工艺重复性较好。
【附图说明】
[0033]通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中:
[0034]图1为现有技术的AlGaN/GaN HEMT示意图；
[0035]图2为现有技术的凹栅型AlGaN/GaN HEMT器件示意图；
[0036]图3为本发明一种实施例的增强型AlGaN/GaN HEMT示意图；
[0037]图4为本发明一种实施例的增强型AlGaN/GaNHEMT制造方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0038]在下文中，将参照附图描述本发明的增强型AlGaN/GaN高电子迀移率晶体管的实施例。
[0039]在此记载的实施例为本发明的特定的【具体实施方式】，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
[0040]本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
[0041 ] 图1示出现有技术的AlGaN/GaN HEMT示意图。如图1所示，AlGaN/GaN HEMT的基本结构由缓冲层、GaN沟道层、本征AlGaN隔离层和掺杂AlGaN层组成。AlGaN/GaN异质结通过自发极化和压电极化效应在异质结界面处形成高密度二维电子气(2DEG)，这种二维电子气具有很高的迀移率，从而使A1 GaN/GaN HEMT具有很低的导通电阻。与传统的场效应晶体管(FET)相比，GaN HEMT具有高跨导，高饱和电流以及高截止频率等优良特性。
[0042]但是，通过常规工艺制作的AlGaN/GaN HEMT为耗尽型(阈值电压Vth<0V)。如果使用负的开启电压，耗尽型HEMT的电路设计比增强型(Vth>0V)HEMT的电路设计要复杂得多，这显然会增加HEMT电路的成本。从应用的角度来说，增强型HEMT有着耗尽型HEMT无法比拟的优势。在微波功率放大器和低噪音功率放大器领域，增强型HEMT不需要负电极电压，降低了电路的复杂性和成本;在高功率开关领域，增强型HEMT能够提高电路的安全性;在数字快速电路应用领域，氮化物半导体由于缺少P沟道器件，无法形成低功耗的互补逻辑，增强型HEMT能够缓解缺少p沟道的问题，实现简化的电路结构。因此，在高速开关、高温GaN集成电路、射频集成电路(RFIC)和微波单片集成电路(MMIC)中，增强型HEMT不可或缺。因此有必要探索出一种方法，制造出具有很大应用价值的增强型AlGaN/GaN HEMT器件。
[0043]图2示出现有技术的凹栅型AlGaN/GaNHEMT器件示意图。对常规工艺