具有掩埋层的阶梯式超结增强型HEMT器件及其制备方法

本发明涉及半导体器件，具体涉及一种具有掩埋层的阶梯式超结增强型hemt器件及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着新能源汽车、智能电网、高频通信等领域的快速迭代，功率电子器件对高压、高频、低损耗及高可靠性的性能需求日益迫切。提升耐压能力与降低导通损耗，已成为推动功率电子技术升级的核心诉求。

2、高电子迁移率晶体管（hemt）凭借其高电子迁移率、低导通电阻和快速开关速度等固有优势，在高压功率转换场景中展现出广阔的应用前景。相较于传统硅基功率mosfet，基于宽禁带半导体材料的hemt器件能够在更高温度、电压和频率下稳定工作，有效降低导通损耗并提升耐压能力，成为高压功率转换领域的优选器件。

3、然而，现有hemt器件仍存在以下不足：

4、其一，耐压能力受限。 传统hemt器件受限于栅极结构设计的固有缺陷以及漏源极之间电场分布不均的问题，耐压能力难以进一步突破，在高压应用场景中易发生击穿现象，严重影响器件的工作可靠性。

5、其二，增强型器件的电性能不稳定。 传统增强型hemt器件普遍存在阈值电压不稳定、导通损耗偏高的痛点，极大限制了其在中高压功率转换领域的规模化应用。

6、其三，超结结构的引入带来新的问题。 为改善耐压能力，超结结构被引入hemt设计中，通过交替排列的p型和n型半导体层实现内部电场的均匀分布。但传统超结结构制备工艺复杂，且难以与增强型栅极结构实现兼容，不仅无法有效降低导通损耗，还制约了器件的开关速度与集成度，未能从根本上解决传统hemt的性能短板。

7、因此，亟需解决传统hemt器件所存在的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种具有掩埋层的阶梯式超结增强型hemt器件，它采用阶梯式超结并引入掩埋层，改善漂移区电场调制，提高击穿电压，优化电流路径，有效兼顾高耐压与低导通电阻的性能需求。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种具有掩埋层的阶梯式超结增强型hemt器件，包括从下到上依次层叠设置的漏极、缓冲层、漂移区、轻掺阻挡层、掩埋层、i-gan沟道层、i-aigan势垒层、p-gan帽层和栅极；其中，

3、漂移区内左右两侧分别从上到下间隔设置有三段横向长度和掺杂浓度均递减的p-gan柱；

4、层叠设置的轻掺阻挡层、掩埋层的左右两侧设置重掺阻挡层；

5、i-gan沟道层和i-aigan势垒层共同形成二维电子气沟道，二维电子气沟道的左右两侧设置源极；

6、每个源极与层叠的p-gan帽层和栅极之间隔着sin钝化层。

7、进一步，p-gan帽层和栅极之间使用肖特基接触。

8、进一步，p-gan帽层的掺杂浓度为3×1017cm-3。

9、进一步，漂移区为n型轻掺杂，掺杂浓度为1×1016cm-3

10、进一步，重掺阻挡层为p重掺杂，掺杂浓度在1×1017cm-3~3×1018cm-3之间。

11、进一步，轻掺阻挡层为p轻掺杂，其掺杂浓度为1×1015cm-3。

12、进一步，掩埋层为n轻掺杂，其掺杂浓度为5×1015cm-3。

13、进一步，每侧三段p-gan柱的掺杂浓度从上至下由4×1016cm-3依次递减至1×1016cm-3。

14、进一步，缓冲层为n重掺杂，浓度为1×1019cm-3。

15、本发明还涉及一种具有掩埋层的阶梯式超结增强型hemt器件的制备方法，包括：

16、s1，缓冲层及漏极制备：取表面平整的衬底，采用mocvd工艺在衬底下方沉积n重掺杂层并退火，得到缓冲层，在缓冲层下方沉积漏极；

17、s2，漂移区及超结形成：去除衬底，在裸露的缓冲层上用mocvd生长漂移区，icp刻蚀阶梯式凹槽并生长呈阶梯式的三段p-gan柱，同步沉积轻掺阻挡层和掩埋层，轻掺阻挡层和掩埋层的左右两侧与漂移区的对应侧之间留有空间；

18、s3，重阻挡层及沟道制备：在漂移区的左右两侧沉积重掺阻挡层；在掩埋层上依次生长gan沟道层和i-aigan势垒层，形成二维电子气沟道；

19、s4，帽层及栅极制备：在i-aigan势垒层上依次沉积p-gan帽层和单一金属栅极；

20、s5，金属沉积：在沟道两侧沉积源极，沉积后退火；

21、s6，钝化层形成：在每个源极与层叠的p-gan帽层和栅极之间沉积钝化层。

22、采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

23、（1）实现稳定可靠的增强型工作模式： 本发明采用单一金属材料作为栅极，结合p+型gan增强型栅极（p-gan帽层）与p+型电流阻挡层（重掺阻挡层）的协同设计，利用其中多数载流子的正电性，将gan/algan异质结导带抬高至费米能级之上，使i-gan沟道层与i-algan势垒层共同形成的二维电子气（2deg）沟道仅在栅源电压大于零时才能恢复，由此成功实现了增强型器件特性，有效解决了传统增强型hemt阈值电压不稳定的问题。

24、（2）提升器件的耐压能力：漂移区内左右两侧分别从上到下间隔设置的三段横向长度和掺杂浓度均递减的p-gan柱，与n型漂移区共同形成阶梯式离散超结结构，该三段式设计使超结的掺杂浓度和横向长度随位置渐变，实现了更为精细的电荷匹配与电场调控；搭配掩埋层对电场的进一步调制作用，有效改善了器件内部电场分布的均匀性。仿真优化结果表明，相较于传统hemt器件，本器件的击穿电压显著提升；相较于普通无阶梯式超结gan hemt，本器件的击穿电压提高了约63%。

25、（3）有效降低导通损耗，增强电流驱动能力： 得益于漂移区内三段横向长度和掺杂浓度均递减的p-gan柱所形成的阶梯式超结对垂直电场的优化作用、层叠于轻掺阻挡层之上的掩埋层对电场调制的协同效应，以及重掺阻挡层的结构优势，本发明器件沟道具备高效隧穿条件，在提升耐压能力的同时有效降低了导通电阻；饱和电流较普通无阶梯式超结gan hemt提升约13%，实现了高耐压与低导通损耗的良好平衡。

26、（4）具备更强的栅极控制能力与更优的综合性能：本发明中i-gan沟道层和i-algan势垒层共同形成的二维电子气沟道，其左右两侧设置源极，每个源极与层叠的p-gan帽层和栅极之间通过sin钝化层实现隔离保护，该结构有效降低了栅极漏电，增强了栅极对沟道的调控能力。综合上述结构协同作用，器件具备更优的ron-bv折衷关系，综合功率品质因子获得明显改善，对比传统hemt器件及普通无阶梯式超结结构的gan基hemt器件，具有更低的导通电阻、更高的饱和驱动电流和显著提升的击穿电压。本发明可为设计高性能、高压、高频、低损耗的gan功率器件提供重要参考，适用于电动汽车、光伏逆变器、5g基站等高端功率电子应用场景。

1.一种具有掩埋层（13）的阶梯式超结增强型hemt器件，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的具有掩埋层（13）的阶梯式超结增强型hemt器件，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的具有掩埋层（13）的阶梯式超结增强型hemt器件，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的具有掩埋层（13）的阶梯式超结增强型hemt器件，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的具有掩埋层（13）的阶梯式超结增强型hemt器件，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的具有掩埋层（13）的阶梯式超结增强型hemt器件，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的具有掩埋层（13）的阶梯式超结增强型hemt器件，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的具有掩埋层（13）的阶梯式超结增强型hemt器件，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的具有掩埋层（13）的阶梯式超结增强型hemt器件，其特征在于，

10.一种如权利要求1-9任一项所述的具有掩埋层（13）的阶梯式超结增强型hemt器件的制备方法，其特征在于，