[發明專利]AlGaAs/GaAs高電子遷移率晶體管及制備方法

有效

• 申請號: 202010350285.7
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN111430459B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 陳凱;化寧;沈曉唯;章泉源;王佳;尚會鋒;姚崇斌;王茂森;張瑞玨;戴杰;黃碩
• 申請（專利權）人: 上海航天測控通信研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/40;H01L29/423;H01L21/335
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 賀姿;胡晶

本發明公開了一種多溝道疊層絕緣側柵鰭式結構的AlGaAs/GaAs高電子遷移率晶體管，自下而上依次包括GaAs或鍺襯底、若干層AlGaAs/GaAs異質結、GaAs帽層、SiN鈍化層、源電極、漏電極和柵電極，其中，柵鰭采用上下不同鰭寬的疊層結構，上層鰭寬較下層鰭寬窄；柵電極與若干層AlGaAs/GaAs異質結的側墻之間包括絕緣介質層，本發明提供的高電子遷移率晶體管采用三維疊層鰭式結構，使得不同鰭寬的柵極區域對器件溝道進行復合控制，相當于不同閾值器件的并聯，施加柵極電壓，器件跨導特性展寬，改善線性工作特性；在柵鰭的側墻引入絕緣介質層，有效降低由于鰭式結構側柵刻蝕表面引入的泄漏電流，降低器件的靜態功耗，使器件的擊穿電壓得到提高。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，尤其涉及一種多溝道疊層絕緣側柵鰭式結構的AlGaAs/GaAs高電子遷移率晶體管及其制備方法。

背景技術

高電子遷移率晶體管(HEMT)是公認的最有發展前途的高速電子器件之一。因其具有超高速、低功耗、低噪聲的特點(尤其在低溫下)，可滿足超高速計算機及信號處理、衛星通信等用途，從而受到廣泛的重視。高電子遷移率晶體管(HEMT)作為新一代微波及毫米波器件,在頻率、增益和效率方面表現出無與倫比的優勢。GaAs/Al_xGa_1-xAs材料是發展最早、應用最廣、研究最多的材料體系，由于可以制備出近乎理想界面的調制摻雜異質結構，二維電子氣在低溫(0.3K)下的遷移率最高達3.1×10⁷cm²/V·s，接近理想情況所能達到的最高值。為了進一步推動GaAs異質結器件在更大電流、更高頻率等領域的應用，對于多溝道多異質結材料和器件的研究就顯得很有必要。與單溝道異質結相比，雙溝道異質結可以有更高的2DEG總密度，這使得器件飽和電流大幅度增加。但是雙溝道異質結材料總勢壘層厚度增加，使得器件柵與下面的溝道距離增大，這樣降低了柵控能力，器件跨導峰值有所下降。

采用鰭式結構制作HEMT器件，相對于普通HEMT結構，具有較多的優勢。鰭式結構最大的優點就是采用了三維立體結構，由柵極將溝道從三個方向包裹起來，溝道在三個方向都能受到柵極較好的控制，使得器件在溝道長度很短時，提高柵控能力，改善短溝道效應，降低關態泄漏電流。在高速高頻應用方面，鰭式結構器件具有低的泄漏電流和良好的亞閾值特性。

但是現有的鰭式結構器件的線性工作特性有待進一步提升，并且，還存在由于鰭式側柵結構的引入而導致柵極漏電的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種多溝道疊層絕緣側柵鰭式結構的AlGaAs/GaAs 高電子遷移率晶體管及其制備方法，既能抑制柵電極的漏電，又能提高器件的線性工作特性。

為解決上述問題，本發明的技術方案為：

多溝道疊層絕緣側柵鰭式結構的AlGaAs/GaAs高電子遷移率晶體管，自下而上依次包括GaAs或鍺襯底、若干層AlGaAs/GaAs異質結、GaAs帽層、 SiN鈍化層、源電極、漏電極和柵電極，所述AlGaAs/GaAs異質結包括GaAs 層和AlGaAs勢壘層，且所述GaAs層靠近所述GaAs或鍺襯底，所述源電極和所述漏電極分別位于所述SiN鈍化層兩側的所述GaAs帽層上，所述柵電極位于所述源電極與所述漏電極中間且覆蓋整個柵鰭：

所述柵鰭采用上下不同鰭寬的疊層結構，上層鰭寬較下層鰭寬窄，所述上層鰭寬的范圍為30～60nm，所述下層鰭寬的范圍為50～100nm；

所述柵電極與若干層所述AlGaAs/GaAs異質結的側墻之間還包括絕緣介質層。

優選地，還包括：

兩個場板結構，位于所述柵鰭兩側側墻底端的臺面上，且分別與所述柵電極兩側的底層金屬相連。

優選地，所述柵電極的柵寬小于100nm。