[發明專利]AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管及其制作方法

有效

• 申請號: 201010120734.5
• 申請日: 2010-03-09
• 公開（公告）號: CN101853880A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 馬曉華;曹艷榮;郝躍;高海霞;王沖;楊凌
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/423;H01L21/335;H01L21/28
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，涉及半導體器件，具體的說是一種采用透明物質ZnO作柵和源漏自對準技術的短溝道AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管的結構及實現方法，主要用于作為高速器件和高頻器件。

背景技術

與其他半導體材料的參數比較，GaN材料具有明顯的優點，其禁帶寬度最寬，飽和電子速度也優于其他半導體材料，并具有很大的擊穿場強和較高的熱導率。電荷載流子速度場特性是器件工作的基礎，高飽和速度導致大電流和高頻率，高的擊穿場強對器件大功率應用至關重要，同時，由于GaN基材料與生俱來的極化特性，AlGaN/GaN異質結本身就存在高濃度二維電子氣溝道，所以GaN材料是制造高溫高頻及大功率器件的優選材料。在GaN材料適合制作的功率器件中，AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管是最具代表性的典型器件。自1993年人們制作出第一支HEMT樣管至今，高電子遷移率晶體管已得到了很大的發展。2001年Vinayak?Tilak等人制造的SiC襯底AlGaN/GaN?HEMT獲得了10.7W/mm@10GHz和6.6W/mm@20GHz的功率密度。參見文獻Moon?J?S，Micovic?M，Janke?P，Hashimoto?P，et?al，“GaN/AlGaN?HEMTs?operating?at20GHz?with?continuous-wave?power?density＞6W/mm”，Electron.Lett，2001，37(8)：528和Kumar?V，Lu?W，Khan?F?A，et?al.“High?performance?0.25μm.gate-lengthAlGaN/GaN?HEMTs?on?sapphire?with?transconductance?of?over?400mS/mm”，Electronics?Letters，2002，38(5)：252。后來人們研制出功率密度達到11.7W/mm@10GHz的SiC襯底AlGaN/GaN?HEMT器件。在HEMT發展過程中，人們發現AlGaN/GaN?HEMT特性的進一步提高緊密依賴于材料特性的改善和器件溝長及寄生電阻的減小。

為了減小源漏寄生電阻，Ching-Hui?Chen?et?al.對i-GaN源漏區域進行了n⁺-GaN的再生長，從而降低了源漏區域及歐姆接觸電阻接觸。參見文獻Chen?C?H，Keller?S，Parish?G，et?al，“High-transconductance?self-aligned?AlGaN/GaNmodulation-doped?field-effect?transistors?with?regrown?ohmic?contacts”，AppliedPhysics?Letters，1998，73(21)：3147。

另一個減小寄生電阻的有效途徑為減小溝道長度，同時溝道長度的減小對提高HEMT器件的頻率特性有著非常重要的意義。溝道長度越小，器件速度越快，相應頻率越高。短溝道器件在快速的數字電路以及高頻大功率電路中都得到了廣泛的應用，因此，人們希望能進一步減小AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管的溝道長度。在目前的工藝流程中，大部分采用傳統的套刻技術來研制短溝道的AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管器件。雖然工藝技術上較為成熟，但由于存在套刻精度低，柵長尺度低，很難在納米尺度下應用并進一步提升器件的高頻特性。Lee?J.at?al.采用T型柵對源漏進行了自對準金屬淀積，從而得到0.25μm柵長的AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管。該器件表現出較好的關斷特性，通過測量得到跨導Gm為146mS/mm，器件截止頻率f_T為38.8GHz，最大振蕩頻率f_max為130GHz。與截止頻率f_T為15GHz，最大振蕩頻率f_max為35GHz的非自對準工藝器件相比，自對準工藝使器件頻率特性得到大幅提高。參見文獻Lee?J，Liu?D，Kim?H，et?al.“Self-aligned?AlGaN/GaN?high?electron?mobility?transistors”，Electronics?Letters，2004，40(19)。