[發明專利]氮極性GaN晶體管

在審

• 申請號: 201410615577.3
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104409492A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 趙正平;馮志紅;王現彬;王元剛;鄒學鋒;呂元杰;房玉龍;敦少博
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十三研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/12
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 米文智

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，尤其涉及一種氮極性GaN晶體管。

背景技術

GaN半導體材料以寬禁帶、高擊穿電場、高飽和電子漂移速度等材料特征在軍事、無線電、雷達、衛星、電力線傳輸等應用領域日益受到重視。

氮（N）極性GaN沿箭頭方向生長（如圖3所示為現有技術的氮極性GaN晶體管，在現有技術中Al_xGaN背勢壘層只包括天然Al_xGaN背勢壘層，所謂天然Al_xGaN背勢壘層是指無需人為改變其結構和組分，與現有技術相同的Al_xGaN背勢壘層），與鎵（Ga）極性GaN的極性相差180°，在材料與器件方面表現出一些差異性特征。材料方面如N極性GaN更易被堿溶液腐蝕；外延生長時其表面易出現六角形凸起等。在器件方面如制作N極性GaN基高電子遷移率晶體管HEMT時GaN溝道層在上面，更易實現小的歐姆接觸；而AlGaN勢壘層在GaN溝道層的下方，作為天然背勢壘層存在，從而可以減小器件的短溝道效應。

在N極性GaN/AlGaN異質結的GaN緩沖層中靠近天然背勢壘處存在一個施主型陷阱能級，該能級的存在加重了電流崩塌效應并降低了器件性能。借助天然背勢壘層Al_xGaN的Al組分x漸變使GaN緩沖層中靠近天然背勢壘處的施主型陷阱能級變成深能級，可以進一步減小電流崩塌效應。但這與天然背勢壘Al_xGaN的Al組分x保持常量時相比二維電子氣（2DEG）濃度明顯要降低，為了提高2DEG面密度勢必會提高Al組分，但這樣一來溝道層和天然背勢壘層所構成的異質結界面質量會有所下降，從而影響2DEG遷移率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種氮極性GaN晶體管，所述晶體管在減小電流崩塌效應的前提下提高了溝道內二維電子氣2DEG面密度，同時降低因異質結界面質量問題而導致的對二維電子氣2DEG遷移率的影響，提高了二維電子氣2DEG遷移率。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種氮極性GaN晶體管，自下而上包括襯底層、GaN緩沖層、Al_xGaN背勢壘層、GaN溝道層以及位于GaN溝道層上表面的源極，柵極和漏極，其特征在于：所述Al_xGaN背勢壘層自下而上包括Al組分自下而上從小到大漸變的第一漸變Al_xGaN背勢壘層，Al組分自下而上從大到小漸變的第二漸變Al_xGaN背勢壘層以及天然Al_xGaN背勢壘層，其中0<x<1。

進一步的技術方案在于：所述第一漸變Al_xGaN背勢壘層的Al組分x從0逐漸增大到x1，0.3<x1<0.55，第二漸變Al_xGaN背勢壘層的Al組分x從x1逐漸減小到x2，0.1<x2<0.2，x1大于x2，天然Al_xGaN背勢壘層的Al組分x含量為x2。

進一步的技術方案在于：所述第一漸變Al_xGaN背勢壘層和第二漸變Al_xGaN背勢壘層中Al組分漸變方式為線性或非線性變化。

進一步的技術方案在于：所述第一漸變Al_xGaN背勢壘層和第二漸變Al_xGaN背勢壘層的層厚度可變，總厚度保持在20-35nm。

進一步的技術方案在于：所述第一漸變Al_xGaN背勢壘層和第二漸變Al_xGaN背勢壘層中Si的摻雜濃度相同或不同，范圍在1×10¹⁶-1×10²⁰cm^-3之間。

進一步的技術方案在于：所述襯底層為Si、藍寶石或SiC。

進一步的技術方案在于：所述天然Al_xGaN背勢壘層與GaN溝道層之間設有AlN插入層。