CN118016665B - 集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了本发明提供了一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件，属于微电子技术领域。通过在同一SiC衬底上制备出平面型SiC SBD和增强型p‑GaN/AlGaN/GaN HEMT，并将它们反向串联，使得器件获得非破坏性雪崩击穿性能；平面型SiC SBD无需进行离子注入，并且在欧姆电极区域沉积了3C‑SiC外延层，无需高温退火即可实现欧姆接触，从而使得制备得到的增强型GaN HEMT在保证高可靠性和高击穿电压的同时，还具有低成本、制备工艺简单、高性能和高集成度等优势。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT，GaN High Electron MobilityTransistor）是一种突破性的第三代半导体器件，以其宽带隙、高电子迁移率、高临界击穿电场和抗辐射特性著称。相比于传统硅基器件，GaN HEMT展现出更高的操作频率、更好的热稳定性和更强的耐压能力。这些特性使其成为高频、高效率和高功率应用的理想选择，尤其在无线通信、雷达系统、汽车电子以及电源转换等领域具有显著的应用前景。尽管GaN HEMT在理论上具有显著优势，但在实际应用中仍面临一系列挑战。GaN HEMT的可靠性仍是最关键的一个问题，由于GaN HEMT的沟道基于其异质结构产生，无掺杂的异质结构无法制备GaN二极管，这就导致当输入电压超过器件的额定电压时，会对器件造成不可逆的破坏性击穿。
为了提高器件的可靠性，目前的一种方案是GaN HEMT与一个其它材料的二极管串联或并联，将二极管的耐压设计低于GaN HEMT的击穿电压，从而实现在大电压下对GaNHEMT的保护，但是将二极管器件作为独立模块附加在GaN HEMT电路中，会造成电路的组装成本激增，并且会引入寄生因素。目前商用的二极管器件中，硅基二极管受限于自身的材料特性，很难实现1000V以上的击穿电压，难以应用于大功率高电压的场景中，并且高耐压的硅基二极管通常以PiN结的形式存在，这种双极的结构作为额外的模块二极管嵌入在电路中时，会造成非常高的反向恢复损耗，从而降低电路的整体效率。而SiC材料凭借其宽禁带、高临界击穿电场等优异特性，所制备的SiC SBD（SiC Schottky Barrier Biode，碳化硅肖特基二极管）器件可以轻松满足1000V以上的应用条件，并且已经实现商用3000V耐压的SiCSBD器件，并且SiC SBD是一种具有较低导通电阻的单极器件，在所有工作温度下其反向恢复损耗可以忽略不计，是与GaN HEMT在片集成的最佳选择。但是，由于SiC SBD器件的制备工艺条件苛刻，高温退火和离子注入等工艺会对GaN HEMT产生一定的影响，因此目前的集成方案会牺牲一部分GaN HEMT的性能，导致集成后的器件性能下降。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaNHEMT器件，通过在同一SiC衬底上制备出平面型SiC SBD和增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT，并将它们反向串联，使器件获得非破坏性雪崩击穿性能；平面型SiC SBD无需进行离子注入，并且在欧姆电极区域沉积了3C-SiC外延层，无需高温退火即可实现欧姆接触，从而使得制备得到的增强型GaN HEMT在保证高可靠性和高击穿电压的同时，还具有低成本、制备工艺简单、高性能和高集成度等优势。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件。
一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件，包括：半绝缘SiC衬底以及生长在半绝缘SiC衬底上的n型SiC外延层，n型SiC外延层上向上依次生长有GaN缓冲层、AlN插入层和AlGaN势垒层，所述GaN缓冲层、AlN插入层和AlGaN势垒层形成异质结；
AlGaN势垒层上生长有p-GaN帽层，p-GaN帽层两侧制备有增强型p-GaN/AlGaN/GaNHEMT欧姆接触金属源极和欧姆接触金属漏极，p-GaN帽层上方为3C-SiC外延层和AlGaN/GaNHEMT肖特基接触金属栅极；
增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极的外侧为SiC SBD的肖特基接触金属阳极，增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属漏极的外侧为SiC SBD的欧姆接触金属阴极；
SiC SBD欧姆接触区域沟槽内外延一层3C-SiC，3C-SiC外延层上方蒸镀有金属形成SiC SBD欧姆接触，增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触漏极与SiC SBD欧姆接触金属阴极连接，AlGaN/GaN HEMT欧姆接触源极与SiC SBD肖特基接触金属阳极连接。
第二方面，本发明提供了一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件的制备方法。
一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件的制备方法，包括以下过程：
在SiC衬底上生长n-SiC外延层；
在n-SiC外延层上依次生长GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层和p-GaN帽层；
通过干法刻蚀法在SiC SBD的欧姆接触区域去除n-SiC外延层上方的GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层和p-GaN帽层；
在p-GaN帽层和SiC SBD的欧姆接触刻蚀区域生长3C-SiC外延层；
通过干法刻蚀法在SiC SBD的肖特基接触区域去除半绝缘SiC衬底上方的n-SiC外延层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层、p-GaN帽层和3C-SiC外延层，并刻蚀至半绝缘SiC衬底内部；
通过干法刻蚀法去除p-GaN帽层上方的3C-SiC外延层，只保留p-GaN/AlGaN/GaNHEMT肖特基接触栅极区域和SiC SBD欧姆接触沟槽区域的3C-SiC外延层；
通过干法刻蚀法去除p-GaN帽层，只保留p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触栅极区域的p-GaN帽层；
通过干法刻蚀法去除器件周围的半绝缘SiC衬底上方的外延层，以防止器件之间产生漏电；
通过干法刻蚀法对p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触区域进行刻蚀；
在p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触刻蚀区域蒸镀Ti/Al/Ni/Au金属叠层，并通过快速热退火处理，形成p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极和漏极；
在期间上表面生长第一层SiO2钝化层；
通过干法刻蚀法去除p-GaN帽层上方p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触区域的SiO2钝化层和3C-SiC外延层，保留肖特基接触区域以外的3C-SiC外延层；
通过干法刻蚀法去除p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极和漏极、SiC SBD欧姆接触和肖特基接触沟槽区域的SiO2钝化层；
在p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触区域、SiC SBD欧姆接触和肖特基接触沟槽区域蒸镀Ti/TiN金属叠层，形成p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触金属栅极、SiC SBD欧姆接触金属阴极和肖特基接触金属阳极；
在器件上表面生长第二层SiO2钝化层；
通过干法刻蚀法去除p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极和漏极、SiC SBD欧姆接触金属阴极和肖特基接触金属阳极上方的SiO2钝化层；
在p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极和漏极、SiC SBD欧姆接触金属阴极和肖特基接触金属阳极上方蒸镀Al金属，实现p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属漏极与SiC SBD欧姆接触金属阴极、p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极与SiC SBD肖特基接触金属阳极的电气相连；
在电气相连区域和p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触金属栅极上方蒸镀Ti/TiN金属叠层，形成场板结构并引出电极。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明具备优异的电学性能，具体体现在：GaN HEMT内部高的二维电子气迁移率和电子浓度使得器件具有高频率、高功率密度和高效率的优势，同时SiC SBD展现出低正向压降和低反向恢复时间，使其在电源转换应用中非常有效，这种集成不仅提高了电路的整体效率，而且降低了开关损耗，提高了频率响应；并且通过将SiC SBD的击穿电压设计为略低于增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT，就可获得SiC SBD中的非破坏性雪崩击穿性能，从而使得HEMT器件具备稳定和可逆的击穿性能；SiC SBD所需的n型SiC外延层可有效抑制增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT器件衬底漏电，提高击穿电压。
2、本发明具备高可靠性和高集成度，具体体现在：在同一晶片上集成多个器件可以减少器件间的连接长度，有助于减弱电磁干扰和寄生电容带来的影响，减少外部连接和焊点，从而提高了整体系统的可靠性；在片集成大幅度地降低了器件的尺寸，提高了器件的集成度，从而使得最终产品更加紧凑和轻便，这对于需要小型化解决方案的应用领域尤为重要；并且GaN和SiC都具有较高的热导率，这有助于有效地分散由器件运行产生的热量，并且在片集成可以减少热界面，从而进一步提高热管理效率。
3、本发明具备低成本的优点，具体体现在：在片集成器件中使用平面型SiC SBD，相比于常规的垂直结构SiC SBD，不需要进行离子注入形成p型掺杂，即可实现SBD的导通与截止功能，极大的降低了器件的制备难度与成本。
4、本发明具备耐压可调节的特点，具体体现在：相比于常规的垂直结构SiC SBD，平面型SiC SBD的另一优势就是在SiC外延层厚度一定的情况下，通过调控欧姆接触电极和肖特基接触电极的间距，即可制备出击穿电压不同的SiC SBD，并与不同耐压的GaN HEMT相匹配，实现集成器件在不同功率需求领域的灵活应用。
5、本发明能够降低器件工艺负面影响，具体体现在：将常规的垂直结构SiC SBD改进为平面结构，即可在不需要使用离子注入的条件下，实现SBD的功能，消除了离子注入中极高的温度对p-GaN帽层Mg离子掺杂激活浓度，以及对AlGaN/GaN异质结中电子迁移率的影响，从而使得增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT器件保持了其原有的优异电学性能；并且通过在SiC SBD欧姆接触区域生长3C-SiC外延层，降低了金属与n型SiC外延层之间的势垒高度，直接沉积金属电极且无需高温退火，即可实现低导通电阻的欧姆接触，避免了二次退火对GaN HEMT造成不可逆的影响，降低了集成器件整体的导通电阻和开关损耗，提高了电路模块的效率。
6、本发明具备较低的栅极漏电，具体体现在：由于增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT在工作过程中，沟道中的电子会发生隧穿，越过肖特基接触势垒，沿着栅极金属的两侧形成漏电流，而3C-SiC是n型半导体，在增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT栅极金属的两侧生长3C-SiC外延层，就可以与其下方的p-GaN帽层形成p-n结，利用p-n结的反向截止特性，提高势垒高度，抑制栅极金属的两侧漏电流的产生，大幅降低栅极漏电流，从而提高器件整体的稳定性和开关特性。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为经过步骤S1得到的结构示意图。
图2为经过步骤S2得到的结构示意图；
图3为经过步骤S3得到的结构示意图；
图4为经过步骤S4得到的结构示意图；
图5为经过步骤S5得到的结构示意图；
图6为经过步骤S6、S7得到的结构示意图；
图7为经过步骤S8得到的结构示意图；
图8为经过步骤S9、S10得到的结构示意图；
图9为经过步骤S11得到的结构示意图；
图10为经过步骤S12得到的结构示意图；
图11为经过步骤S13得到的结构示意图；
图12为经过步骤S14得到的结构示意图；
图13为经过步骤S15、S16得到的结构示意图；
图14为经过步骤S17得到的结构示意图；
图15为经过步骤S18得到的结构示意图；
其中，101、SiC衬底；102、n型SiC外延层；103、GaN缓冲层；104、AlN插入层；105、AlGaN势垒层；106、p-GaN帽层；107、3C-SiC外延层；108、p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极；109、p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属漏极；110、第一层SiO2钝化层；111、SiCSBD肖特基接触金属阳极；112、SiC SBD欧姆接触金属阴极；113、第二层SiO2钝化层；114、p-GaN/AlGaN/GaN HEMT与SiC SBD电极互连金属；115、p-GaN/AlGaN/GaN HEMT栅极场板电极。
本发明的一部分的说明书附图仅展示了单指的p-GaN/AlGaN/GaN HEMT与SiC SBD集成器件的横截面示意图，实际器件可以由重复的单指器件组合构成，通常组合器件的总有效宽度大于32 mm。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供了一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件及其制备方法，如图1-图15所示，包括半绝缘SiC衬底101和生长在SiC衬底101上的n型SiC外延层102，n型SiC外延层102上依次生长有GaN缓冲层103、AlN插入层104和AlGaN势垒层105，所述GaN缓冲层103、AlN插入层104和AlGaN势垒层105形成异质结；AlGaN势垒层105上生长有p-GaN帽层106，p-GaN帽层106两侧制备有增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极108和增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属漏极109，p-GaN帽层106上方为3C-SiC外延层107和AlGaN/GaN HEMT肖特基接触金属栅极场板电极115；
增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极108的外侧为SiC SBD的肖特基接触金属阳极，增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属漏极109的外侧分别为SiC SBD的欧姆接触金属阴极；
SiC SBD欧姆接触区域沟槽内外延了一层3C-SiC，通过在3C-SiC外延层107上方蒸镀金属形成SiC SBD欧姆接触，增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触漏极与SiC SBD欧姆接触金属阴极112相连接，AlGaN/GaN HEMT欧姆接触源极与SiC SBD肖特基接触金属阳极111相连接，形成增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT与SiC SBD器件在片集成。
由于常规的垂直结构SiC SBD需要使用离子注入设备在n型SiC外延层102上进行p型掺杂，以实现SBD的p-n结构。并且离子注入需要在超过1000℃的高温环境下进行，极高的温度会影响p-GaN帽层106中Mg离子掺杂的激活浓度，并且会影响AlGaN/GaN异质结中电子的迁移率，进而影响增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT器件的整体性能；
在SiC SBD欧姆接触区域沉积金属后，还需要在高温中退火以形成欧姆接触。通常SiC欧姆接触的退火温度要高于GaN，并且退火的气氛和条件也各不相同，这就导致在制备集成器件的过程中，SiC SBD与GaN HEMT无法同时退火以形成欧姆接触，如果进行两次退火，第二次退火就会对第一次退火形成的欧姆接触造成不可逆的影响，从而增大器件整体的导通电阻；因此，将增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT器件与平面型SiC SBD在片集成，就可以省去离子注入的步骤，并且使用3C-SiC外延层107来形成SiC SBD的欧姆接触，避免了不同退火温度对两种器件接触电阻的影响，最大限度的减小SiC SBD工艺步骤对GaN HEMT器件的影响，以极低的成本和简化的工艺步骤，实现了高集成度、高可靠性、性能优异的增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT与平面型SiC SBD在片集成器件。
本实施例中，可选的，n-SiC外延层的掺杂浓度为1×1014- 1×1017cm-3；n-SiC外延层的厚度为5-50 μm；本实施例中进一步优选的，所述n-SiC外延层的掺杂浓度为5×1015cm-3；n-SiC外延层的厚度为10μm。
n型SiC外延层102的厚度过大会导致SiC SBD的击穿电压高于AlGaN/GaN HEMT，无法实现器件击穿保护；n型SiC外延层102的厚度过小会导致SiC SBD的击穿电压过小，降低集成器件的击穿电压特性。
n型SiC外延层102的掺杂浓度过大会导致SiC SBD的击穿电压较小，降低整体器件的耐压特性；n型SiC外延层102的掺杂浓度过小会导致SiC SBD的导通电阻较大，导致SiCSBD的击穿电压高于AlGaN/GaN HEMT，无法实现器件击穿保护。
本实施例中，可选的，3C-SiC外延层107的厚度为10-2000 nm，掺杂类型为n型重掺杂，掺杂浓度大于1×1018cm-3；本实施例中进一步优选的，所述3C-SiC外延层107的厚度为100 nm，掺杂类型为n型重掺杂，掺杂浓度为5×1018cm-3。
本实施例中，可选的，SiC SBD肖特基接触阳极区域的刻蚀深度为5-75μm，即电极刻蚀区域的底部在n-SiC外延层中或者在半绝缘SiC衬底101中；本实施例中进一步优选的，所述SiC SBD肖特基接触阳极区域的刻蚀深度为13 μm，即电极刻蚀区域的底部在半绝缘SiC衬底101中。
SiC SBD肖特基接触阳极区域的刻蚀深度太浅会导致在n-SiC外延层中出现尖锐的刻蚀沟槽角，n-SiC外延层中的载流子会聚集在沟槽角附近，从而降低SiC SBD的击穿电压。刻蚀太深就对掩膜质量和刻蚀工艺提出了更高的要求，并且难以做到较小的线宽。
本实施例中，可选的，p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触源极和欧姆接触漏极区域刻蚀的深度为0-10 nm；本实施例中进一步优选的，所述p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触源极和欧姆接触漏极区域刻蚀的深度为5 nm。
p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触源极和欧姆接触漏极区域刻蚀深度太浅会导致退火后的金属电极难以渗入到沟道层中，无法形成良好的欧姆接触；刻蚀太深带来的刻蚀损伤会破坏沟道，对沟道层中二维电子气的载流子浓度和迁移率造成影响，从而增加接触电阻。
本实施例中，可选的，p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极108和欧姆接触金属漏极的材料为Ti/Al/Ni/Au金属叠层、Ti/Al/Ti/Au金属叠层或Ti/Al/Mo/Au金属叠层；本实施例中进一步优选的，所述p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极108和欧姆接触金属漏极的材料为Ti/Al/Ni/Au金属叠层。
本实施例中，可选的，p-GaN/AlGaN/GaN HEMT中刻蚀3C-SiC外延层107的区域为p-GaN帽层106上方的全部3C-SiC外延层107或保留p-GaN帽层106上方两侧的3C-SiC外延层107，只刻蚀中间区域的3C-SiC外延层107；本实施例中进一步优选的，所述p-GaN/AlGaN/GaN HEMT刻蚀p-GaN帽层106上方中间区域的3C-SiC外延层107，保留两侧的3C-SiC外延层107；
两侧的3C-SiC外延层107会与p-GaN帽层106形成p-n结，并在3C-SiC和p-GaN内部形成空间电荷区，当p-GaN/AlGaN/GaN HEMT施加栅偏压时，该空间电荷区会抑制p-GaN帽层106中空穴向栅极的移动，从而减小HEMT器件的栅极漏电流。
本实施例中，可选的，p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极108和p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属漏极109的材料为Ti/Al/Ni/Au金属叠层、Ti/Al/Ti/Au金属叠层或Ti/Al/Mo/Au金属叠层；SiC SBD肖特基接触金属阳极111、SiC SBD欧姆接触金属阴极112和p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触金属栅极的材料为TiN金属、Ni/Au金属叠层和Ti/TiN金属叠层；本实施例中进一步优选的，AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极和欧姆接触金属漏极的材料为Ti/Al/Ni/Au金属叠层；SiC SBD肖特基接触金属阳极111、SiC SBD欧姆接触金属阴极112和p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触金属栅极的材料为Ti/TiN金属叠层。
基于目前较为成熟的SiC SBD和p-GaN/AlGaN/GaN HEMT电极工艺，以及考虑到在两种器件的部分电极中使用相同的材料，可以极大的简化工艺步骤，因此在AlGaN/GaNHEMT上选择了Ti/Al/Ni/Au欧姆接触金属电极和Ti/TiN肖特基接触金属电极，在SiC SBD上选择了Ti/TiN欧姆接触金属阴极和肖特基接触金属阳极。选择合适的欧姆接触金属电极和退火条件，可以降低器件导通电阻，提高器件输出电流。选择合适的肖特基接触金属电极，可以提高器件的势垒高度，降低肖特基接触的漏电性能。
本实施例中，可选的，GaN缓冲层103为非故意掺杂的GaN缓冲层103或掺杂的高阻GaN缓冲层103，GaN缓冲层103的厚度为1- 20μm，AlN插入层104的厚度为0.5-2nm，AlGaN势垒层105中Al组分的摩尔比为0.1-0.3，AlGaN势垒层105的厚度为10-30nm，p-GaN帽层106的掺杂浓度为1×1018-1×1020cm-3；p-GaN帽层106的厚度为10-200nm；本实施例中进一步优选的，GaN缓冲层103为非故意掺杂的GaN缓冲层103，GaN缓冲层103的厚度为2μm，AlN插入层104的厚度为1nm，AlGaN势垒层105中Al组分的摩尔比为0.2，AlGaN势垒层105的厚度为20nm，p-GaN帽层106的掺杂浓度为1×1019cm-3，p-GaN帽层106的厚度为100nm。
上述一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件的制备方法，包括步骤：
S1、在SiC衬底101上生长n-SiC外延层，如图1所示；
S2、在n-SiC外延层上依次生长GaN缓冲层103、AlN插入层104、AlGaN势垒层105和p-GaN帽层106，如图2所示；
S3、通过干法刻蚀法在SiC SBD的欧姆接触区域去除n-SiC外延层上方的GaN缓冲层103、AlN插入层104、AlGaN势垒层105和p-GaN帽层106，如图3所示；
S4、在p-GaN帽层106和SiC SBD的欧姆接触刻蚀区域生长3C-SiC外延层107，如图4所示；
S5、通过干法刻蚀法在SiC SBD的肖特基接触区域去除半绝缘SiC衬底101上方的n-SiC外延层、GaN缓冲层103、AlN插入层104、AlGaN势垒层105、p-GaN帽层106和3C-SiC外延层107，并刻蚀至半绝缘SiC衬底101内部，如图5所示；
S6、通过干法刻蚀法去除p-GaN帽层106上方的3C-SiC外延层107，只保留p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触栅极区域和SiC SBD欧姆接触沟槽区域的3C-SiC外延层107，如图6所示；
S7、通过干法刻蚀法去除p-GaN帽层106，只保留p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触栅极区域的p-GaN帽层106，如图6所示；
S8、通过干法刻蚀法去除器件周围的半绝缘SiC衬底101上方的外延层，以防止器件之间产生漏电，如图7所示；
S9、通过干法刻蚀法对p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触区域进行刻蚀，如图8所示；
S10、在p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触刻蚀区域蒸镀Ti/Al/Ni/Au金属叠层，并通过快速热退火处理，形成p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极108和漏极，如图8所示；
S11、在器件表面生长第一层SiO2钝化层110，如图9所示；
S12、通过干法刻蚀法去除p-GaN帽层106上方p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触区域的SiO2钝化层和3C-SiC外延层107，保留肖特基接触区域以外的3C-SiC外延层107，如图10所示；
S13、通过干法刻蚀法去除p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极108和漏极、SiC SBD欧姆接触和肖特基接触沟槽区域的SiO2钝化层，如图11所示；
S14、在p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触区域、SiC SBD欧姆接触和肖特基接触沟槽区域蒸镀Ti/TiN金属叠层，形成p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触金属栅极、SiC SBD欧姆接触金属阴极和肖特基接触金属阳极，如图12所示；
S15、在器件表面生长第二层SiO2钝化层113，如图13所示；
S16、通过干法刻蚀法去除p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极108和漏极、SiC SBD欧姆接触金属阴极和肖特基接触金属阳极上方的SiO2钝化层，如图14所示；
S17、在p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极108和漏极、SiC SBD欧姆接触金属阴极和肖特基接触金属阳极上方蒸镀Al金属，实现p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属漏极109与SiC SBD欧姆接触金属阴极112、p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极108与SiC SBD肖特基接触金属阳极111的电气相连，如图14所示；
S18、在电气相连区域和p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触金属栅极上方蒸镀Ti/TiN金属叠层，形成场板结构并引出电极，如图15所示。
根据本发明优选的，步骤S1和S2中，采用金属有机化学气相沉积法（MOCVD）生长n-SiC外延层、GaN缓冲层103、AlN插入层104、AlGaN势垒层105和p-GaN帽层106。
根据本发明优选的，步骤S4中，采用物理气相沉积法（PVD）生长3C-SiC外延层107：
根据本发明优选的，步骤S3、S5、S6、S7、S8、S9、S12、S13、S16中，采用电感耦合等离子体刻蚀（ICP）或反应离子刻蚀（RIE）刻蚀特定区域。
根据本发明优选的，采用电感耦合等离子体刻蚀（ICP）刻蚀特定区域的具体过程为：
A、在器件表面沉积掩膜层；
B、在掩膜层上利用光刻显影技术，显露出需要刻蚀的特定区域；
C、去除需要刻蚀的特定区域的掩膜层保留其他区域的掩膜层，实现掩膜层图形化；
D、使用电感耦合等离子体（ICP）装置刻蚀特定区域；
E、去除其余区域的掩膜层。
根据本发明优选的，步骤S10、S14、S17、S18中，采用磁控溅射、热蒸发和电子束蒸发在特定区域蒸镀金属。
根据本发明优选的，采用电子束蒸发在特定区域蒸镀金属的具体过程为：
a、在器件表面涂覆光刻胶；
b、利用光刻显影技术，显露出需要蒸镀金属的特定区域；
c、使用电子束蒸发在器件表面蒸镀金属；
d、去除涂覆的光刻胶，光刻胶覆盖区域上方的金属也随之剥离。
根据本发明优选的，步骤S11、S15中，采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）或低压化学气相沉积（LPCVD）在器件表面沉积SiO2钝化层。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件，其特征在于，
包括：半绝缘SiC衬底以及生长在半绝缘SiC衬底上的n型SiC外延层，n型SiC外延层上向上依次生长有GaN缓冲层、AlN插入层和AlGaN势垒层，所述GaN缓冲层、AlN插入层和AlGaN势垒层形成异质结；
AlGaN势垒层上生长有p-GaN帽层，p-GaN帽层两侧制备有增强型p-GaN/AlGaN/GaNHEMT欧姆接触金属源极和欧姆接触金属漏极，p-GaN帽层上方为3C-SiC外延层和AlGaN/GaNHEMT肖特基接触金属栅极；
增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极的外侧为SiC SBD的肖特基接触金属阳极，增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属漏极的外侧为SiC SBD的欧姆接触金属阴极；
SiC SBD欧姆接触区域沟槽内外延一层3C-SiC， 3C-SiC外延层上方蒸镀有金属形成SiC SBD欧姆接触，增强型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触漏极与SiC SBD欧姆接触金属阴极连接，AlGaN/GaN HEMT欧姆接触源极与SiC SBD肖特基接触金属阳极连接。
2.如权利要求1所述的一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件，其特征在于，
n-SiC外延层的掺杂浓度为1×1014cm-3-1×1017cm-3，n-SiC外延层的厚度为5μm-50μm。
3.如权利要求1所述的一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件，其特征在于，
3C-SiC外延层的厚度为10nm -2000nm。
4.如权利要求1所述的一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件，其特征在于，
SiC SBD肖特基接触电极区域的刻蚀深度为5μm-75μm，刻蚀区域的底部在n-SiC外延层中或者在半绝缘SiC衬底中。
5.如权利要求1所述的一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件，其特征在于，
p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触源极和欧姆接触漏极区域刻蚀的深度为0-10 nm。
6.如权利要求1所述的一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件，其特征在于，
p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极和欧姆接触金属漏极的材料为Ti/Al/Ni/Au金属叠层、Ti/Al/Ti/Au金属叠层或Ti/Al/Mo/Au金属叠层。
7.如权利要求1所述的一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件，其特征在于，
p-GaN/AlGaN/GaN HEMT中刻蚀3C-SiC外延层的区域为p-GaN帽层上方的全部3C-SiC外延层，或保留p-GaN帽层上方两侧的3C-SiC外延层，只刻蚀中间区域的3C-SiC外延层。
8.如权利要求1所述的一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件，其特征在于，
AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极和欧姆接触金属漏极的材料为Ti/Al/Ni/Au金属叠层、Ti/Al/Ti/Au金属叠层或Ti/Al/Mo/Au金属叠层；
SiC SBD肖特基接触金属阳极、SiC SBD欧姆接触金属阴极和p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触金属栅极的材料为TiN金属、Ni/Au金属叠层和Ti/TiN金属叠层。
9.如权利要求1所述的一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件，其特征在于，
所述GaN缓冲层为非故意掺杂的GaN缓冲层或掺杂的高阻GaN缓冲层，所述GaN缓冲层的厚度为1- 20μm，所述AlN插入层的厚度为0.5 nm-2nm；
所述AlGaN势垒层中Al组分的摩尔比为0.1-0.3，AlGaN势垒层的厚度为10 nm -30nm，所述p-GaN帽层的掺杂浓度为1×1018cm-3-1×1020 cm-3，p-GaN帽层的厚度为10 nm -200nm。
10.一种集成SBD的SiC衬底上增强型GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括以下过程：
在SiC衬底上生长n-SiC外延层；
在n-SiC外延层上依次生长GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层和p-GaN帽层；
通过干法刻蚀法在SiC SBD的欧姆接触区域去除n-SiC外延层上方的GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层和p-GaN帽层；
在p-GaN帽层和SiC SBD的欧姆接触刻蚀区域生长3C-SiC外延层；
通过干法刻蚀法在SiC SBD的肖特基接触区域去除半绝缘SiC衬底上方的n-SiC外延层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层、p-GaN帽层和3C-SiC外延层，并刻蚀至半绝缘SiC衬底内部；
通过干法刻蚀法去除p-GaN帽层上方的3C-SiC外延层，只保留p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触栅极区域和SiC SBD欧姆接触沟槽区域的3C-SiC外延层；
通过干法刻蚀法去除p-GaN帽层，只保留p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触栅极区域的p-GaN帽层；
通过干法刻蚀法去除器件周围的半绝缘SiC衬底上方的外延层，以防止器件之间产生漏电；
通过干法刻蚀法对p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触区域进行刻蚀；
在p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触刻蚀区域蒸镀Ti/Al/Ni/Au金属叠层，并通过快速热退火处理，形成p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极和漏极；
在期间上表面生长第一层SiO2钝化层；
通过干法刻蚀法去除p-GaN帽层上方p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触区域的SiO2钝化层和3C-SiC外延层，保留肖特基接触区域以外的3C-SiC外延层；
通过干法刻蚀法去除p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极和漏极、SiC SBD欧姆接触和肖特基接触沟槽区域的SiO2钝化层；
在p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触区域、SiC SBD欧姆接触和肖特基接触沟槽区域蒸镀Ti/TiN金属叠层，形成p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触金属栅极、SiC SBD欧姆接触金属阴极和肖特基接触金属阳极；
在器件上表面生长第二层SiO2钝化层；
通过干法刻蚀法去除p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极和漏极、SiC SBD欧姆接触金属阴极和肖特基接触金属阳极上方的SiO2钝化层；
在p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极和漏极、SiC SBD欧姆接触金属阴极和肖特基接触金属阳极上方蒸镀Al金属，实现p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属漏极与SiCSBD欧姆接触金属阴极、p-GaN/AlGaN/GaN HEMT欧姆接触金属源极与SiC SBD肖特基接触金属阳极的电气相连；
在电气相连区域和p-GaN/AlGaN/GaN HEMT肖特基接触金属栅极上方蒸镀Ti/TiN金属叠层，形成场板结构并引出电极。
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