[發(fā)明專(zhuān)利]具有n-p-n結(jié)構(gòu)背勢(shì)壘的高電子遷移率晶體管及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811432850.3
• 申請(qǐng)日: 2018-11-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109638074B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉亮;陳昌禧;王權(quán);徐健凱;馮春;姜麗娟;肖紅領(lǐng);王茜
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所;中國(guó)科學(xué)院大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/778
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/778;H01L21/335;H01L29/06
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發(fā)明公開(kāi)了一種具有n?p?n結(jié)構(gòu)背勢(shì)壘的高電子遷移率晶體管及其制作方法，其中，該電子遷移率晶體管包括：襯底；成核層，位于襯底之上；高阻緩沖層，位于成核層之上；背勢(shì)壘緩沖層，位于高阻緩沖層之上，為n型摻雜區(qū)、p型摻雜區(qū)和n型摻雜區(qū)形成的橫向三明治結(jié)構(gòu)；高遷移率溝道層，位于背勢(shì)壘緩沖層之上；勢(shì)壘層，位于高遷移率溝道層之上；蓋帽層，位于勢(shì)壘層之上；歐姆電極，位于蓋帽層之上；以及柵極，位于蓋帽層之上；其中，p型摻雜區(qū)位于柵極所在區(qū)域的正下方。該HEMT一方面可以提高對(duì)二維電子氣的限制作用，減輕短溝道效應(yīng)的影響，另一方面可以減少二維電子氣被摻Fe高阻緩沖層中的深能級(jí)陷阱俘獲的數(shù)量，提高器件的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有n-p-n結(jié)構(gòu)背勢(shì)壘的高電子遷移率晶體管及其制作方法。

背景技術(shù)

氮化鎵基半導(dǎo)體材料具有優(yōu)良的物理和化學(xué)特性，特別適合制備高頻、高功率的高電子遷移率晶體管。氮化鎵基高電子遷移率晶體管擊穿電壓高、工作頻率高、輸出功率大、抗輻射性能好，在無(wú)線通信、雷達(dá)、航空航天、汽車(chē)電子、自動(dòng)化控制、石油勘探、高溫輻射環(huán)境等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

高電子遷移率晶體管(HEMT，High Electron Mobility Transistor)的原理為：由于組成異質(zhì)結(jié)的兩種材料的禁帶寬度不同，在異質(zhì)結(jié)界面處形成了勢(shì)壘和勢(shì)阱，由極化效應(yīng)或調(diào)制摻雜產(chǎn)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(shì)阱中，形成二維電子氣，由于勢(shì)阱中的這些電子與勢(shì)壘中的電離雜質(zhì)空間分離，大大降低了庫(kù)侖散射，從而顯著提高了材料的電子遷移率。研制成器件后，通過(guò)調(diào)節(jié)柵電極偏壓可以控制異質(zhì)結(jié)界面處的二維電子氣密度，在一定的直流偏壓下，可以對(duì)高頻微波信號(hào)進(jìn)行放大。

短溝道效應(yīng)會(huì)降低器件性能，是限制高頻器件應(yīng)用的一個(gè)重要原因。當(dāng)器件工作頻率上升到毫米波波段時(shí)，器件的柵長(zhǎng)必須縮短到微納尺度，同時(shí)勢(shì)壘層厚度也需要同比例地縮短，否則短溝道效應(yīng)將會(huì)凸顯出來(lái)。短溝道效應(yīng)表現(xiàn)在：亞閾值電流增加，輸出電導(dǎo)增大，閾值電壓漂移增大，溝道夾斷特性變差。提高溝道電子的限制能力可以遏制短溝道效應(yīng)。對(duì)于常規(guī)的AlGaN/GaN HEMT結(jié)構(gòu)，GaN溝道里的電子僅受到勢(shì)壘層一層較強(qiáng)的限制，緩沖層中的勢(shì)壘是由二維電子氣自身提供的。當(dāng)溝道電子在大電壓下逐漸耗盡時(shí)，緩沖層那側(cè)的勢(shì)壘逐漸消失，熱電子很容易滲透進(jìn)入到緩沖層，造成器件的緩沖層漏電，器件夾斷特性變差。尤其是當(dāng)高阻緩沖層摻有Fe元素時(shí)，緩沖層中的深能級(jí)陷阱還會(huì)俘獲電子，影響器件的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本公開(kāi)提供了一種具有n-p-n結(jié)構(gòu)背勢(shì)壘的高電子遷移率晶體管及其制作方法，該高電子遷移率晶體管使用n-p-n結(jié)構(gòu)背勢(shì)壘和摻Fe高阻緩沖層相結(jié)合以及高遷移率溝道層，一方面可以提高對(duì)二維電子氣(2DEG)的限制作用，減輕短溝道效應(yīng)的影響，另一方面可以減少二維電子氣(2DEG)被摻Fe高阻緩沖層中的深能級(jí)陷阱俘獲的數(shù)量，提高器件的穩(wěn)定性。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，提供了一種具有n-p-n結(jié)構(gòu)背勢(shì)壘的高電子遷移率晶體管，包括：襯底；成核層，位于襯底之上；高阻緩沖層，位于成核層之上；背勢(shì)壘緩沖層，位于高阻緩沖層之上，為n型摻雜區(qū)、p型摻雜區(qū)和n型摻雜區(qū)形成的橫向三明治結(jié)構(gòu)；高遷移率溝道層，位于背勢(shì)壘緩沖層之上；勢(shì)壘層，位于高遷移率溝道層之上；蓋帽層，位于勢(shì)壘層之上；歐姆電極，位于蓋帽層之上；以及柵極，位于蓋帽層之上；其中，p型摻雜區(qū)位于柵極所在區(qū)域的正下方。

在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中，高阻緩沖層為摻Fe高阻緩沖層，F(xiàn)e的摻雜濃度介于10¹⁸cm^-3-10²⁰cm^-3之間；和/或，高阻緩沖層的材料為Al_yGa_1-yN，鋁組分y的取值為0≤y≤0.15；和/或，高阻緩沖層的厚度介于1μm-5μm之間。