[發(fā)明專利]一種具有雙凹陷AlGaN勢(shì)壘層的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710242816.9
• 申請(qǐng)日: 2017-04-14
• 公開（公告）號(hào): CN107017293A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈護(hù)軍;羅燁輝;吳秋媛;楊銀堂;柴常春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/778
• 分類號(hào): H01L29/778;H01L29/06;H01L29/20;H01L21/336
• 代理公司: 北京世譽(yù)鑫誠(chéng)專利代理事務(wù)所(普通合伙)11368
• 代理人: 劉玲玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，具體涉及一種具有雙凹陷AlGaN勢(shì)壘層的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，屬于場(chǎng)效應(yīng)晶體管技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氮化鎵(GaN)作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，其所具有的高電子飽和速度、高耐壓性、抗輻照、耐高溫等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)硅材料和砷化鎵材料在大功率密度、高溫、高頻應(yīng)用領(lǐng)域中的不足。同時(shí)，GaN材料所具備的優(yōu)越的功率品質(zhì)因數(shù)，使得以GaN為基礎(chǔ)的AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)，在微波大功率應(yīng)用上，有著更為廣闊的發(fā)展前景。

目前，基于GaN HEMT的微波功率放大器，多是采用外圍電路對(duì)功率管的調(diào)控以及補(bǔ)償?shù)确绞絹?lái)實(shí)現(xiàn)高效率的輸出環(huán)境。隨著無(wú)線通訊系統(tǒng)、相控雷達(dá)、航空航天等領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)微波功率放大器的要求越來(lái)越高，常規(guī)GaN HEMT器件結(jié)構(gòu)耐壓低、寄生電容大以及跨導(dǎo)飽和區(qū)窄等特點(diǎn)，嚴(yán)重影響著器件大功率密度和高附加效率的輸出，制約著微波功率放大器的整體性能。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種耐壓高、寄生電容低、跨導(dǎo)飽和區(qū)寬的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，從而提高器件的射頻輸出特性，使器件具備高能效的輸出能力。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種具有雙凹陷AlGaN勢(shì)壘層的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，結(jié)構(gòu)自下而上包括：半絕緣襯底、AlN成核層、GaN緩沖層和AlGaN勢(shì)壘層，其特征在于，前述AlGaN勢(shì)壘層的上表面的兩側(cè)分別設(shè)有源電極和漏電極、源電極和漏電極之間且靠近源電極處設(shè)有柵電極，在柵電極的源側(cè)區(qū)域一部分AlGaN勢(shì)壘層向下凹陷形成凹陷柵源勢(shì)壘層區(qū)域，在柵電極的漏側(cè)區(qū)域一部分AlGaN勢(shì)壘層向下凹陷形成凹陷柵漏勢(shì)壘層區(qū)域。

前述的具有雙凹陷AlGaN勢(shì)壘層的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，前述凹陷柵源勢(shì)壘層區(qū)域和凹陷柵漏勢(shì)壘層區(qū)域均是通過(guò)在AlGaN勢(shì)壘層的表面進(jìn)行光刻、刻蝕形成的。

前述的具有雙凹陷AlGaN勢(shì)壘層的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，前述凹陷柵源勢(shì)壘層區(qū)域的長(zhǎng)度為0.5μm、刻蝕深度為5nm，前述凹陷柵漏勢(shì)壘層區(qū)域的長(zhǎng)度為0.6μm、刻蝕深度為4nm。

前述的具有雙凹陷AlGaN勢(shì)壘層的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，前述柵電極的長(zhǎng)度為1.0μm，柵源間距為1μm，柵漏間距為2.5μm。

前述的具有雙凹陷AlGaN勢(shì)壘層的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，前述柵電極通過(guò)肖特基接觸與AlGaN勢(shì)壘層相連，前述源電極和漏電極均通過(guò)歐姆接觸與AlGaN勢(shì)壘層相連。

前述的具有雙凹陷AlGaN勢(shì)壘層的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，前述GaN緩沖層具有n型電阻特性或半絕緣特性。

前述的具有雙凹陷AlGaN勢(shì)壘層的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，前述半絕緣襯底為硅襯底、碳化硅襯底或藍(lán)寶石襯底。

本發(fā)明的有益之處在于：

一、跨導(dǎo)飽和區(qū)擴(kuò)展

凹陷柵源勢(shì)壘層區(qū)域和凹陷柵漏勢(shì)壘層區(qū)域的存在，使得在柵下溝道兩側(cè)形成了高阻區(qū)域，對(duì)溝道電流的增長(zhǎng)起到了緩沖作用，使得跨導(dǎo)接近飽和區(qū)后，隨著柵源電壓進(jìn)一步升高，跨導(dǎo)增長(zhǎng)的速度減緩，跨導(dǎo)不會(huì)處于急速上升和急速下降的狀態(tài)，跨導(dǎo)飽和區(qū)得到了有效延長(zhǎng)。

與常規(guī)GaN HEMT相比，具有雙凹陷AlGaN勢(shì)壘層的GaN HEMT擁有更寬的飽和跨導(dǎo)區(qū)間。

二、擊穿電壓提高

由于凹陷柵漏勢(shì)壘層區(qū)域的存在，其有效的改善了柵電極漏側(cè)邊緣的電場(chǎng)集中效應(yīng)，所以等勢(shì)線分布更加均勻。

同時(shí)，柵電極漏側(cè)AlGaN勢(shì)壘區(qū)的向下凹陷，抑制了柵下耗盡層往漏極的延展，在一定漏壓下，減小了電子從肖特基柵注入到表面的概率，降低了表面泄露電流。

所以與常規(guī)GaN HEMT相比，具有雙凹陷AlGaN勢(shì)壘層的GaN HEMT能夠承受更大的漏極擊穿電壓，提高了器件的耐壓性能。

三、頻率特性改善

對(duì)于具有雙凹陷AlGaN勢(shì)壘層的GaN HEMT，柵電極兩側(cè)凹陷勢(shì)壘層區(qū)域有效的抑制了柵下耗盡層對(duì)源/漏極區(qū)域的延伸，使得其擁有比常規(guī)結(jié)構(gòu)更小的柵源電容和柵漏電容。