[發明專利]一種增強型GaN基高電子遷移率晶體管材料結構

在審

• 申請號: 201911032654.1
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110767747A
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 王曉亮;李百泉;肖紅領;馮春;姜麗娟;殷海波;李天運;邱愛芹;介芳
• 申請（專利權）人: 北京華進創威電子有限公司;中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種增強型GaN基高電子遷移率晶體管材料結構，所述晶體管材料結構從下至上依次包括：襯底、成核層、緩沖層、氮化鎵溝道層、氮化鋁插入層、鋁鎵氮勢壘層和銦鎵氮蓋帽層。本發明在AlGaN/GaN異質結上增加一InGaN帽層，利用InGaN相對于AlGaN反的極化作用，從而在InGaN/AlGaN界面處形成負的極化電荷，而抬高AlGaN/GaN界面處的導帶底位置，實現增強型器件用外延材料。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種增強型GaN基高電子遷移率晶體管材料結構。

背景技術

氮化鎵作為第三代半導體材料的典型代表，具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高、擊穿電壓高和化學性質穩定及抗輻射性強高等特點，特別適合制備具備高溫、高頻、大功率和抗輻照特性的晶體管，在雷達、衛星通信、航空航天、石油勘探、汽車電子、自動化控制等領域具有廣闊的應用前景。

氮化鎵基異質結場效應晶體管的工作原理：由于組成異質結的兩種材料禁帶寬度不同，在異質結界面處形成了勢阱和勢壘，由于極化效應或調制摻雜產生的自由電子，積累在非摻雜的氮化鎵層靠近界面的三角形勢阱中，形成二維電子氣。將這種異質結構材料研制成場效應晶體管器件，通過柵壓可以調控器件的截至和飽和，實現開關功能。但通常情況下,這種器件為耗盡型器件，增加負柵壓時，耗盡層加深，溝道電子密度慢慢減小直到全部耗盡，器件實現截止關閉功能。相比于耗盡型器件，增強型器件可以簡化柵極驅動電路，實現更加安全的開關電路。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種增強型GaN基高電子遷移率晶體管材料結構，其利用銦鎵氮蓋帽層耗盡GaN基高電子遷移率晶體管溝道中的二維電子氣，實現增強型GaN基高電子遷移率晶體管材料結構研制。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種增強型GaN基高電子遷移率晶體管材料結構，所述晶體管材料結構從下至上依次包括：襯底、成核層、緩沖層、氮化鎵溝道層、氮化鋁插入層、鋁鎵氮勢壘層和銦鎵氮蓋帽層。

進一步，所述氮化鎵溝道層的厚度為50-200 nm；所述氮化鋁插入層的厚度為0.5-5 nm。

進一步，所述鋁鎵氮勢壘層的材料為Al_xGa_1-xN，其中0.1≤x≤1，其厚度為5-50nm。

進一步，所述緩沖層的材料為Al_yGa_1-yN，其中0≤y<0.10，厚度為0.5-5 μm。

進一步，所述成核層的材料是GaN或者AlN，厚度為0.01-0.50 μm。

進一步，所述襯底的材質為藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵、氮化鋁的任一種。

進一步，所述銦鎵氮蓋帽層的厚度為1-50 nm。

本發明具有以下有益技術效果：

本發明在AlGaN/GaN異質結上增加一InGaN帽層，利用InGaN相對于AlGaN反的極化作用，從而在InGaN/AlGaN界面處形成負的極化電荷，而抬高AlGaN/GaN界面處的導帶底位置，實現增強型器件用外延材料。

附圖說明

圖1為本發明增強型GaN基高電子遷移率晶體管材料結構的結構示意圖。

具體實施方式