[發明專利]MS柵GaN基增強型高電子遷移率晶體管及制作方法

無效

• 申請號: 201210131027.5
• 申請日: 2012-04-29
• 公開（公告）號: CN102637726A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 張進成;張琳霞;郝躍;王沖;馬曉華;孟凡娜;侯耀偉;黨李莎;艾姍;李小剛;魯明
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/778;H01L21/335
• 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，具體的說是一種金屬半導體MS柵GaN基增強型高電子遷移率晶體管及制造，可用于制作高溫大功率器件以及作為數字集成電路的基本單元。

背景技術

隨著現代武器裝備和航空航天、核能、通信技術、汽車電子、開關電源的發展，對半導體器件的性能提出了更高的要求。作為寬禁帶半導體材料的典型代表，GaN基材料具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高、臨界擊穿場強高、熱導率高、穩定性好、耐腐蝕、抗輻射等特點，可用于制作高溫、高頻及大功率電子器件。另外，GaN還具有優良的電子特性，可以和AlGaN形成調制摻雜的AlGaN/GaN異質結構，該結構在室溫下可以獲得高于1500cm²/Vs的電子遷移率，以及高達3×10⁷cm/s的峰值電子速度和2×10⁷cm/s的飽和電子速度，并獲得比第二代化合物半導體異質結構更高的二維電子氣密度，被譽為是研制微波功率器件的理想材料。因此，基于AlGaN/GaN異質結的高電子遷移率晶體管HEMT在微波大功率器件方面具有非常好的應用前景。

由于AlGaN/GaN異質結得天獨厚的優勢，AlGaN/GaN異質結材料的生長和AlGaN/GaN?HEMT器件的研制始終占據著GaN電子器件研究的主要地位。然而十幾年來針對GaN基電子器件研究的大部分工作集中在耗盡型AlGaN/GaN?HEMT器件上，這是因為AlGaN/GaN異質結構中較強極化電荷的存在，使得制造基于GaN的增強型器件變得十分困難，因此高性能AlGaN/GaN增強型HEMT的研究具有非常重要的意義。

AlGaN/GaN增強型HEMT具有廣闊的應用前景。首先，GaN基材料被譽為是研制微波功率器件的理想材料，而增強型器件在微波功率放大器和低噪聲放大器等電路中由于減少了負電壓源，從而大大降低了電路的復雜性以及成本，且AlGaN/GaN增強型HEMT器件在微波大功率器件和電路具有很好的電路兼容性。同時，增強型器件的研制使單片集成耗盡型/增強型器件的數字電路成為可能。而且，在功率開光應用方面，AlGaN/GaN增強型HEMT也有很大的應用前景。因而高性能AlGaN/GaN增強型HEMT器件的研究得到了極大的重視。

目前，不論是國內還是國際上，都有不少關于AlGaN/GaN增強型HEMT的報道。由于P型Mg摻雜工藝技術尚不成熟，GaN基材料中的Mg激活能高而電離率低，導致器件空穴濃度低且遷移率大，因此當前國際上對AlGaN/GaN增強型HEMT的研究并不在P型Mg摻雜這一方法上，而是采用了其他的新技術，目前報道的主要有以下幾種技術：

1.F離子注入技術，即基于氟化物CF4的等離子體注入技術，香港科技大學的Yong?Cai等人成功研制了基于F離子注入技術的增強型HEMT器件，該器件通過在AlGaN/GaN?HEMT柵下的AlGaN勢壘層中注入F離子，由于F離子的強負電性，勢壘層中的F離子可以提供穩定的負電荷，因而可以有效的耗盡溝道區的強二維電子氣，當AlGaN勢壘層中的F離子數達到一定數量時，柵下溝道處的二維電子氣完全耗盡，從而實現增強型HEMT器件。但是F注入技術不可避免的會引入材料的損傷，且器件閾值電壓的可控性不高。該器件在室溫下薄層載流子濃度高達1.3×10¹³cm^-2，遷移率為1000cm²/Vs，閾值電壓達到0.9V，最大漏極電流達310mA/mm。參見文獻Yong?Cai，Yugang?Zhou，Kevin?J.Chen?and?Kei?May?Lau，“High-performance?enhancement-mode?AlGaN/GaN?HEMTs?using?fluoride-based?plasma?treatment”，IEEE?Electron?Device?Lett，Vol.26，No.7，JULY?2005。