[發明專利]氮化鎵基雙異質結場效應晶體管結構及制作方法

有效

• 申請號: 200710064383.9
• 申請日: 2007-03-14
• 公開（公告）號: CN101266999A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 王曉亮;馬志勇;冉學軍;肖紅領;王翠梅;胡國新;唐健;羅衛軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，特別是指一種使用雙氮化鋁插入層的氮化鎵基雙異質結場效應晶體管結構及其制作方法，可以顯著改善材料二維電子氣的輸運性能，有效限制溝道電子向勢壘層和緩沖層泄漏，抑制電流崩塌效應和提高溝道二維電子氣遷移率。

背景技術

氮化鎵作為第三代寬禁帶半導體的典型代表，具有優良的熱穩定性及化學穩定性、高擊穿電壓、高電子飽和漂移速度及優良的抗輻射性能，特別適合制備具有高溫、高頻、大功率和抗輻照特性的異質結場效應晶體管。氮化鎵基異質結場效應晶體管在無線通訊、航天航空、雷達、高溫輻射環境、石油勘探、自動化控制、汽車電子等領域具有廣闊的應用前景。

氮化鎵基異質結場效應晶體管的工作原理：由于組成異質結的兩種材料禁帶寬度不同，在氮化鎵和鋁(銦)鎵氮異質結界面處形成了勢阱和勢壘，由于極化效應或調制摻雜產生的自由電子，積累在非摻雜的氮化鎵層靠近界面的三角形勢阱中，形成二維電子氣，由于使勢阱中的這些電子與勢壘中的電離雜質空間分離，大大降低了庫侖散射，從而顯著提高了材料的遷移率。研制成器件后，通過柵電極可控制異質結界面處的二維電子氣濃度，在一定的直流偏壓下，可對高頻微波信號進行放大。

銦鎵氮或氮化鎵溝道雙異質結場效應晶體管結構是一種極具應用前景的新型異質結場效應晶體管結構，將AlGaN/GaN單異質結構的三角勢阱變為AlGaN/(In)GaN/AlGaN或AlGaN/InGaN/GaN結構的方型勢阱，增大了勢壘與溝道間的導帶差，提高了勢阱深度，可顯著提高結構對二維電子氣的限制作用，降低了二維電子氣從溝道向勢壘層和緩沖層泄漏，可減少異質結場效應晶體管功率器件的低頻噪聲，抑制電流崩塌效應，提高異質結場效應晶體管的穩定性和可靠性。

在本發明以前，為了提高緩沖層的勢壘高度，(銦)鎵氮溝道雙異質結場效應晶體管結構通常將溝道層生長在鋁鎵氮緩沖層上面，與氮化鎵緩沖層相比，鋁鎵氮與襯底(藍寶石，碳化硅，硅)之間存在著更大的晶格失配，很難直接在襯底上直接外延出高質量的鋁稼氮緩沖層，因此需要在鋁稼氮層下方首先生長厚的氮化鎵緩沖層作為過渡層，導致在鋁鎵氮緩沖層和厚的氮化鎵層的界面容易形成附加導電溝道，影響器件的性能；同時鋁鎵氮為三元合金，晶體質量較差，界面合金無序和粗糙度散射會對溝道二維電子氣的輸運性能產生不利影響。因此，目前已有雙異質場效應晶體管結構，通過鋁鎵氮緩沖層的引入，雖然提高了緩沖層一側的勢壘高度，增強了緩沖層對溝道二維電子氣的限制作用，但同時導致外延生長更加困難，在目前工藝條件下，很難得到高質量(銦)鎵氮溝道雙異質結場效應晶體管結構材料，這是導致目前雙異質結場效應晶體管結構未能充分發揮該結構優勢的重要原因，需要進一步采取措施對雙異質結場效應晶體管結構進行進一步優化設計。

發明內容

本發明的第一個目的是提供一種氮化鎵基雙異質結場效應晶體管，具有更低的缺陷密度和更高的晶體質量。

本發明的第二個目的是提供一種氮化鎵基雙異質結場效應晶體管，可更加有效限制溝道電子向緩沖層、勢壘層和表面泄漏。

本發明的第三個目的是提供一種氮化鎵基雙異質結場效應晶體管，具有更高的二維電子氣輸運性能。

本發明的第四個目的是該結構還可以有效抑制電流崩塌效應，提高器件的穩定性和可靠性；

本發明的第五個目的是提供一種氮化鎵基雙異質結場效應晶體管及制作方法，具有工藝合理、成品率高的優點。

為達到上述目的，本發明提供一種氮化鎵基雙異質結場效應晶體管結構，其特征在于，其中包括：

一襯底；

一低溫氮化鎵或高溫氮化鋁層，該低溫氮化鎵或高溫氮化鋁層制作在襯底的上面；

一非有意摻雜或摻雜氮化鎵高阻層，該非有意摻雜或摻雜氮化鎵高阻層制作在低溫氮化鎵或高溫氮化鋁成核層的上面；

一氮化鋁第一插入薄層，該氮化鋁第一插入薄層制作在非有意摻雜或摻雜氮化鎵高阻層的上面；

一非有意摻雜氮化鎵基溝道層，該非有意摻雜氮化鎵基溝道層制作在氮化鋁第一插入薄層的上面；

一氮化鋁第二插入薄層，該氮化鋁第二插入薄層制作在非有意摻雜氮化鎵基溝道層的上面；

一非有意摻雜或n型摻雜Al_xIn_yGa_zN層，該Al_xIn_yGa_zN層制作在氮化鋁第二插入薄層的上面。

其中所述的襯底為藍寶石襯底或碳化硅或硅襯底。