[發明專利]一種氮化鎵基高電子遷移率晶體管

有效

• 申請號: 201810004329.3
• 申請日: 2018-01-03
• 公開（公告）號: CN108346687B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 張雄;趙見國;崔一平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/778
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種氮化鎵基高電子遷移率晶體管，該晶體管由下至上依次包括襯底(101)、GaN或AlN緩沖層(102)、GaN溝道層(103)、Al_xGa_1?xN勢壘層(104)、覆蓋在Al_xGa_1?xN勢壘層(104)之上的絕緣層(106)、設置在絕緣層(106)之上的柵極電極(107)、設置在GaN溝道層(103)之上的源極電極(108)和漏極電極(105)以及在源極電極(108)外側的B摻雜區(110)和在漏極電極(105)外側的A摻雜區(109)，其中0x0.5。本發明氮化鎵基高電子遷移率晶體管能有效地提高器件的開通速度，對實現高性能增強型高電子遷移率晶體管具有重要意義。

技術領域

本發明涉及一種氮化鎵基高電子遷移率晶體管，屬于功率半導體電子器件制造領域。

背景技術

以GaN為代表的第三代半導體材料，由于具有寬禁帶、高電子遷移率、高擊穿電壓以及良好的耐輻射耐高溫性能，在高壓、高頻、高溫和大功率應用上具有明顯優勢，被認為是制備大功率電力電子器件最有潛力的材料之一。

隨著近年來高速高頻無線通信技術的進步，對更高頻率、更快速度的無線通信需求日益增強。而GaN基高電子遷移率晶體管(GaN-HEMT)最有希望取代基于GaAs等第二代半導體的功率器件。因為GaN基材料在形成AlGaN/GaN異質結后，已經產生了高密度的二維電子氣導電溝道，所以通常制成的GaN-HEMT都是如圖2所示的耗盡型(即常開型)器件，只有在其柵極施加負偏壓時器件才能處于關斷狀態。為了制備增強型(即常關型)器件，通常需要借助于一些特殊的結構或工藝來實現，目前主要有薄勢壘層、槽柵結構和柵下區域氟注入等方式。

因為通過減小AlGaN勢壘層的Al組分和厚度均能有效減小二維電子氣密度，因此采用減薄的AlGaN勢壘層是實現增強型GaN-HEMT的重要途徑。Khan等人就是通過采用10nm的Al_0.1Ga_0.9N勢壘層成功制成了第一只增強型GaN-HEMT[Khan M A,Chen Q,Sun C J,etal.Enhancement and depletion mode GaN/AlGaN heterostructure field effecttransistors[J].Applied physics letters,1996,68(4):514-516]，但是這種從結構上降低二維電子氣密度的方法，會使得器件的飽和電流減小，故很難提高器件的功率。另外，槽柵結構在工藝上很難精確地控制槽柵的刻蝕深度，而且工藝重復性差，導致器件的閾值電壓可控性較差[Lu B,Saadat O I,Palacios T.High-performance integrated dual-gateAlGaN/GaN enhancement-mode transistor[J].IEEE Electron Device Letters,2010,31(9):990-992]；而柵下區域氟注入方式，雖然工藝上較容易實現，重復性也高，但是該方法難以制成高閾值電壓(大于3V)的器件[Feng Z H,Zhou R,Xie S Y,et al.18-GHz 3.65-W/mm enhancement-mode AlGaN/GaN HFET using fluorine plasma ion implantation[J].IEEE Electron Device Letters,2010,31(12):1386-1388]，而且器件的穩定性也不夠好，影響器件的高壓、高溫性能。總之，以現有技術仍然難以實現各方面性能都均衡、并且優良的增強型GaN-HEMT。

發明內容