[發明專利]具有復合空間層的氮化鎵場效應晶體管結構及制作方法

無效

• 申請號: 201310054863.2
• 申請日: 2013-02-20
• 公開（公告）號: CN103117304A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 王翠梅;王曉亮;彭恩超;肖紅領;馮春;姜麗娟;陳竑
• 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;H01L29/10;H01L21/335
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，特別是指一種具有復合空間層的氮化鎵場效應晶體管結構及制作方法，該晶體管使用非有意摻雜氮化鋁/氮化鎵/氮化鋁復合空間層以及高遷移率氮化鎵溝道層，可以顯著提高二維電子氣面密度及對二維電子氣的限制作用，降低異質結界面對溝道電子性能的影響，提高所研制器件的性能。

背景技術

氮化鎵基半導體材料具有優良的物理和化學特性，特別適合制備高頻、高功率的場效應晶體管。氮化鎵基場效應晶體管擊穿電壓高、工作頻率高、輸出功率大、抗輻射性能好，在無線通信、雷達、航空航天、汽車電子、自動化控制、石油勘探、高溫輻射環境等領域有廣闊的應用前景。

場效應晶體管的原理為：由于組成異質結的兩種材料的禁帶寬度不同，在異質結界面處形成了勢壘和勢阱，由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，大大降低了庫倫散射，從而顯著提高了材料的電子遷移率。研制成器件后，通過調節柵電極偏壓可以控制異質結界面處的二維電子氣密度，在一定的直流偏壓下，可以對高頻微波信號進行放大。

二維電子氣面密度和遷移率是表征場效應晶體管結構材料質量的重要參數，在減小勢壘厚度的同時，提高溝道中二維電子氣面密度和遷移率是在提高氮化鎵基場效應晶體管工作頻率的基礎上，增強輸出電流密度和功率密度的重要舉措。在本發明以前，為了提高氮化鎵基場效應晶體管結構材料的二維電子氣面密度和遷移率，通常采取兩種方法：(1)對鋁鎵氮勢壘層進行n型摻雜，可以在一定程度上提高溝道中的二維電子氣面密度。但摻雜會降低材料晶格的完整性，從而導致鋁鎵氮層的晶體質量下降，氮化鎵和鋁鎵氮層之間的界面粗糙度增加，降低電子遷移率；(2)采用高Al組分勢壘層AlGaN/GaN?HEMT結構，隨著勢壘層Al組分升高，異質結帶階和極化電場增大，可顯著提高二維電子氣面密度。但是，Al組分較高時，大的晶格失配會導致AlGaN勢壘層的晶體質量、表面和界面質量變差，應變誘生的深能級缺陷增多，使散射增強，遷移率降低；同時，當Al組分過高時，大晶格失配限制了勢壘層厚度，難以產生強的二維電子氣。目前通常采用的這兩種方法，尤其是當勢壘層厚度較薄時，提高二維電子氣濃度和遷移率、減小缺陷密度方面不是特別理想。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有復合空間層的氮化鎵場效應晶體管結構及制作方法，與不具有此復合空間層的氮化鎵場效應晶體管材料相比，該晶體管結構具有更高的二維電子氣面密度，能夠提高溝道二維電子氣的勢壘高度，更加有效地限制溝道電子向勢壘層方向的泄漏，由此增加對溝道二維電子氣的限制作用，提高所研制器件的輸出功率。

本發明提供一種具有復合空間層的氮化鎵場效應晶體管結構，包括：

一襯底；

一成核層，該成核層制作在襯底的上面；

一非有意摻雜高阻層，該非有意摻雜氮化鎵制作在成核層的上面；

一非有意摻雜高遷移率溝道層，該非有意摻雜高遷移率溝道層制作在非有意摻雜高阻層的上面；

一復合空間層，該復合空間層制作在非有意摻雜高遷移率溝道層的上面；

一非有意摻雜勢壘層，該非有意摻雜勢壘層制作在復合空間層的上面；

一非有意摻雜氮化鎵蓋帽層，該非有意摻雜氮化鎵蓋帽層制作在非有意摻雜鋁鎵氮勢壘層的上面。

本發明還提供一種具有復合空間層的氮化鎵場效應晶體管結構的制作方法，包括如下步驟：

步驟1：選擇一襯底；

步驟2：在襯底上生長一層低溫成核層，生長厚度為0.01-0.50μm；

步驟3：在低溫成核層上生長非有意摻雜高阻層，生長厚度為1-5μm；

步驟4：在非有意摻雜高阻層上生長非有意摻雜高遷移率溝道層，生長厚度為0-0.15μm；

步驟5：在非有意摻雜高遷移率溝道層上生長復合空間層；

步驟6：在復合空間層上生長非有意勢壘層；

步驟7：在非有意勢壘層上生長非有意摻雜氮化鎵蓋帽層，完成制備。

附圖說明

為進一步說明本發明的內容，以下結合附圖對本發明作一詳細的描述，其中：

圖1為本發明的具有復合空間層的氮化鎵場效應晶體管結構示意圖；

圖2為本發明的具有復合空間層的氮化鎵基場效應晶體管結構的制作流程圖；