CN102856373B - 高电子迁移率晶体管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微电子技术。本发明解决了现有高电子迁移率晶体管栅漏电流较大的问题，提供了一种高电子迁移率晶体管，其技术方案可概括为：高电子迁移率晶体管，包括栅极金属、源极金属、漏极金属、基底、缓冲层、沟道层及势垒层，其特征在于，所述基底上外延生长有插入层，插入层上外延生长有缓冲层，缓冲层上外延生长有沟道层，沟道层上外延生长有势垒层，势垒层上外延生长有盖帽层，栅极金属、源极金属及漏极金属分别位于盖帽层上，栅极金属与源极金属之间及栅极金属与漏极金属之间具有钝化层，钝化层与盖帽层相接触。本发明的有益效果是，提高器件的性能，适用于高电子迁移率晶体管。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术，特别涉及高电子迁移率晶体管。
背景技术
氮化镓与第一代和第二代半导体材料相比具有更优良的电学性能，它是一种宽带隙半导体材料，具有高的击穿电场强度、高饱和速度及高热稳定性等，由于氮化镓材料的优良性能，使得其得到了人们的极大关注和研究，其中研究最为广泛的是AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT），该器件在高频、高功率、高温等都有应用.
AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管是一种异质结场效应晶体管，它是利用具有很高迁移率的二维电子气（2-DEG）而工作的。2-DEG存在于AlGaN势垒层和GaN沟道层相接触的异质结表面，其迁移率很高并且在极低的温度下也不冻结，具有很好的温度特性。HEMT是一种电压控制的器件，栅极电压Vg可以控制AlGaN和GaN异质结势阱的深度，进而控制势阱中2-DEG的面密度，从而控制器件的工作电流。2-DEG是由于极化作用产生的，而氮化物具有很强的极化效应。极化效应包括压电极化和自发极化，AlGaN/GaN异质结中的压电极化效应是AlGaAs/GaAs异质结的5倍，在纤锌矿结构Ⅲ族氮化物中自发极化也比较大，所以AlGaN/GaNHEMT得到了广泛的研究。目前高电子迁移率晶体管结构示意图如图1所示，其栅漏电流较大。AlGaN/GaN HEMT器件是当前研究的热点。
发明内容
本发明的目的是克服目前高电子迁移率晶体管栅漏电流较大的缺点，提供一种高电子迁移率晶体管。
本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，高电子迁移率晶体管，包括栅极金属、源极金属、漏极金属、基底、缓冲层、沟道层及势垒层，其特征在于，所述基底上外延生长有插入层，插入层上外延生长有缓冲层，缓冲层上外延生长有沟道层，沟道层上外延生长有势垒层，势垒层上外延生长有盖帽层，栅极金属、源极金属及漏极金属分别位于盖帽层上，栅极金属与源极金属之间及栅极金属与漏极金属之间具有钝化层，钝化层与盖帽层相接触。
具体的，所述基底为碳化硅材料，所述插入层为氮化铝材料，其厚度为3nm，所述缓冲层为掺杂的氮化镓材料，其厚度为3μm，所述沟道层为氮化镓材料，其厚度为80nm，所述势垒层为AlGaN材料，其厚度为30nm，Al（即铝）的组分为0.3，所述盖帽层为氮化镓材料，厚度为5nm，掺杂浓度为1×1018cm-3到5×1018cm-3之间，所述钝化层为氮化硅材料，厚度为0.12μm。
进一步的，所述栅极金属是金，与氮化镓盖帽层形成肖特基接触，源极金属及漏极金属为镍，与氮化镓盖帽层形成欧姆接触。
本发明的有益效果是，上述高电子迁移率晶体管，通过改变器件的外延结构和各层结构相关参数的优化，使得器件在工作时跨导很大并且在栅极电压工作的一定范围内跨导的变化很小，也就是器件具有较好的压控能力和较高的线性度。
附图说明
图1为现有技术中高电子迁移率晶体管结构示意图；
图2为本发明实施例的高电子迁移率晶体管结构示意图；
图3为本发明实施例盖帽层在不同掺杂浓度下的高电子迁移率晶体管的跨导变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
本发明所述的高电子迁移率晶体管，包括栅极金属、源极金属、漏极金属及基底，基底上外延生长有插入层，插入层上外延生长有缓冲层，缓冲层上外延生长有沟道层，沟道层上外延生长有势垒层，势垒层上外延生长有盖帽层，栅极金属、源极金属及漏极金属分别位于盖帽层上，栅极金属与源极金属之间及栅极金属与漏极金属之间具有钝化层，钝化层与盖帽层相接触。
实施例
本例的基底为碳化硅材料，所述插入层为氮化铝材料，其厚度为3nm，缓冲层为掺杂的氮化镓材料，其厚度为3μm，沟道层为氮化镓材料，其厚度为80nm，势垒层为AlGaN材料，其厚度为30nm，Al（即铝）的组分为0.3，盖帽层为氮化镓材料，厚度为5nm，掺杂浓度在1×1018cm-3到5×1018cm-3之间变化，结果显示在一定范围内盖帽层浓度越大跨导越大，但是当盖帽层浓度超过1×1020cm-3时跨导反而减小，本实施例中盖帽层在不同掺杂浓度下的高电子迁移率晶体管的跨导变化示意图如图3所示，GaN盖帽层的浓度对跨导有较大的影响，钝化层为氮化硅材料，厚度为0.12μm，本实施例的高电子迁移率晶体管结构示意图如图2。
首先在碳化硅材料制成的基底上外延生长3nm厚度的氮化铝插入层，再在氮化铝插入层插入层上外延生长3μm厚度的缓冲层，缓冲层为掺杂的氮化镓材料，缓冲层上再外延生长80nm厚度的氮化镓沟道层，氮化镓沟道层上外延生长30nm厚度的AlGaN势垒层，AlGaN势垒层中，Al（即铝）的组分为0.3，AlGaN势垒层上外延生长5nm厚度的氮化镓盖帽层，栅极金属、源极金属及漏极金属分别位于氮化镓盖帽层上，栅极金属与源极金属之间及栅极金属与漏极金属之间具有0.12μm厚度的氮化硅钝化层，氮化硅钝化层与氮化镓盖帽层相接触，栅极金属为金，与氮化镓盖帽层形成肖特基接触，源极金属及漏极金属为镍，与氮化镓盖帽层形成欧姆接触。
掺杂浓度较高的GaN盖帽层增加了2-DEG的浓度，进而使AlGaN/GaN HEMT器件表现出更优的性能，而Si3N4钝化层保护着HEMT器件表面不受外界杂质影响，同时还起到固定表面离子的作用，进而提高器件的性能。而GaN盖帽层可以降低栅漏电流及提高器件的击穿特性，所以本发明电性能更具优势。且由于HEMT是电压控制器件，栅极电压可以控制异质结势阱的深度，也可以控制势阱中2-DEG的面密度，从而控制器件的工作电流；而跨导的大小反映了栅源电压对栅极电流的控制作用，所以跨导大表明了器件的压控能力强。
Claims (2)
1.高电子迁移率晶体管，包括栅极金属、源极金属、漏极金属、基底、缓冲层、沟道层及势垒层，其特征在于，所述基底上外延生长有插入层，插入层上外延生长有缓冲层，缓冲层上外延生长有沟道层，沟道层上外延生长有势垒层，势垒层上外延生长有盖帽层，栅极金属、源极金属及漏极金属分别位于盖帽层上，栅极金属与源极金属之间及栅极金属与漏极金属之间具有钝化层，钝化层与盖帽层相接触，
所述基底为碳化硅材料，所述插入层为氮化铝材料，其厚度为3nm，所述缓冲层为掺杂的氮化镓材料，其厚度为3μm，所述沟道层为氮化镓材料，其厚度为80nm，所述势垒层为AlGaN材料，其厚度为30nm，Al(即铝)的组分为0.3，所述盖帽层为氮化镓材料，厚度为5nm，掺杂浓度为1×1018cm-3到5×1018cm-3之间，所述钝化层为氮化硅材料，厚度为0.12μm。
2.根据权利要求1所述高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述栅极金属是金，与氮化镓盖帽层形成肖特基接触，源极金属及漏极金属为镍，与氮化镓盖帽层形成欧姆接触。
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