[發明專利]一種氮化鎵高電子遷移率晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 201310611611.5
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN103594509A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 唐武;賈東旺
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/205;H01L29/06;H01L21/335
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 李凌峰

技術領域

本發明涉及微電子技術，特別涉及氮化鎵高電子遷移率晶體管的技術。

背景技術

氮化鎵（GaN）與第一代和第二代半導體材料相比具有更高的擊穿電場強度、高飽和速度及高熱穩定性等優良性能，使其得到了人們的極大關注和研究，其中研究最為廣泛的是AlGaN/GaN（氮化鋁鎵/氮化鎵）高電子遷移率晶體管（HEMT），該器件在高頻、高功率、高溫等都有應用。

AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管是一種異質結場效應晶體管，它是利用氮化物材料特有的極化效應使得在異質結界面勢阱中形成高濃度的二維電子氣（2-DEG）溝道，通過肖特基柵壓控制溝道電子實現工作。2-DEG存在于AlGaN勢壘層和GaN溝道層相接觸的異質結表面，其遷移率很高并且在極低的溫度下也不凍結，具有很好的溫度特性。HEMT是一種電壓控制的器件，柵極電壓Vg可以控制AlGaN和GaN異質結勢阱的深度，進而控制勢阱中2-DEG的面密度，從而控制器件的工作電流。現有的GaN?HEMT外延結構一般包括襯底、成核層、緩沖層、溝道層及勢壘層，成核層設置在襯底上方，緩沖層設置在成核層上方，溝道層設置在緩沖層上方，勢壘層設置在溝道層上方，襯底一般為藍寶石、碳化硅（SiC）或單晶硅（Si），對于通常采用的AlGaN/GaN異質結構，緩沖層和溝道層均為GaN，勢壘層為AlGaN，在這種單異質結構中溝道層和緩沖層均為GaN，之間不能形成導帶帶階，溝道二維電子氣的限域性較差，電子容易溢出溝道進入緩沖層，從而降低了溝道的夾斷性能，造成器件的輸出電導增大和擊穿性能下降，進而降低了器件的頻率性能和功率特性。

發明內容

本發明的目的是要克服目前AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管中，電子容易溢出溝道進入緩沖層，從而降低溝道夾斷性能的問題，提供一種氮化鎵高電子遷移率晶體管及其制備方法。

本發明解決其技術問題，采用的技術方案是，一種氮化鎵高電子遷移率晶體管，包括襯底、氮化鎵成核層、氮化鎵緩沖層、氮化鎵溝道層及AlGaN勢壘層，其特征在于，還包括AlGaN背勢壘層，所述AlGaN背勢壘層設置在氮化鎵緩沖層與氮化鎵溝道層之間，所述AlGaN背勢壘層中，Al原子與Ga原子的原子比例為x:1-x，0<x<1，Al原子組分含量沿氮化鎵成核層向氮化鎵溝道層方向由零逐漸增加至一固定數值。

具體的，襯底為藍寶石襯底或碳化硅襯底或單晶硅襯底。

進一步的，所述固定數值的取值范圍為0.02至0.5。

再進一步的，所述AlGaN背勢壘層的厚度為10nm至50nm，氮化鎵溝道層的厚度為10nm至500nm。

一種氮化鎵高電子遷移率晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、將襯底置于高溫高壓氫氣氣氛下烘烤一段時間；

步驟2、通入氨氣及三甲基鎵，在襯底表面生長氮化鎵成核層；

步驟3、繼續通入氨氣及三甲基鎵，在氮化鎵成核層上生長氮化鎵緩沖層；

步驟4、繼續通入氨氣及三甲基鎵，并通入三甲基鋁，通入的三甲基鋁與三甲基鎵中，三甲基鋁所占比例由零到一固定數值逐漸增大，在氮化鎵緩沖層上生長AlGaN背勢壘層；

步驟5、繼續通入氨氣及三甲基鎵，并取消通入三甲基鋁，在AlGaN背勢壘層上生長氮化鎵溝道層；

步驟6、繼續通入氨氣及三甲基鎵，并通入三甲基鋁，在氮化鎵溝道層上生長AlGaN勢壘層，完畢后降至室溫。

進一步的，所述襯底為藍寶石襯底或碳化硅襯底或單晶硅襯底。

具體的，步驟4中，所述生長AlGaN背勢壘層時的溫度為700至1200攝氏度。

再進一步的，步驟4中，所述固定數值的取值范圍為0.02至0.5。

本發明的有益效果是，上述一種氮化鎵高電子遷移率晶體管及其制備方法，相較于現有氮化鎵高電子遷移率晶體管，AlGaN背勢壘層能夠與氮化鎵溝道層形成導帶帶階，增強2-DEG限域性，提高器件的微波性能和功率特性，且AlGaN背勢壘層若為上述漸變的AlGaN背勢壘層，相較于固定組分的AlGaN背勢壘層，其能有效減低AlGaN背勢壘層中的位錯等缺陷密度，有助于進一步提升器件的性能及可靠性。

附圖說明

圖1為本發明的一種氮化鎵高電子遷移率晶體管的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖，詳細描述本發明的技術方案。