[发明专利]一种场致隧穿增强型HEMT器件

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及高电子迁移率晶体管（HEMT）。

背景技术

氮化镓（GaN）是第三代宽禁带半导体的代表之一，具有优良的特性：高的临界击穿电场（~3.5×10⁶V/cm）、高电子迁移率（~2000cm²/V·s）、高的二维电子气（2DEG）浓度（~10¹³cm^-2）、高的高温工作能力。基于AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管（HEMT）（或异质结场效应晶体管HFET，调制掺杂场效应晶体管MODFET，以下统称为HEMT器件）在半导体领域已经取得广泛应用。该类器件具有反向阻断电压高、正向导通电阻低、工作频率高等特性，因此可以满足系统对半导体器件更大功率、更高频率、更小体积和更恶劣高温工作的要求。

对于AlGaN/GaN HEMT器件而言，增强型（常关型）HEMT器件比耗尽型（常开型）HEMT器件具有更多的优势，其实现技术是研究者们极其关注的问题。文献X.Hu,et.al.,“Enhancement mode AlGaN/GaN HFET with selectively grown pn junction gate,”Electron.Lett.vol.36,no.8,pp.753-754,Apr.2000报道了采用P型GaN栅实现了一种增强型AlGaN/GaNHEMT器件。文献Y.Ohmaki,et.al.,“Enhancement mode AlGaN/AlN/GaN high electronmobility transistor with low on-state resistance and high breakdown voltage,”Jpn.J.Appl.Phys.,vol.45,no.44,pp.L1168-L1170,Nov.2006报道了通过减薄AlGaN层实现了一种准增强型AlGaN/GaN HEMT器件。文献W. Saito,et.al.,“Recessed-gate structure approach towardnormally off high-voltage AlGaN/GaN HEMT for power electronics applications,”IEEE Trans.Electron Devices,vol.53,no.2,pp.356–362,Feb.2006报道了采用槽栅结构实现了一种准增强型高压AlGaN/GaN HEMT。文献Y. Uemoto,et.al.,“Gate injection transistor(GIT)-Anormally-off AlGaN/GaN power transistor using conductivity modulation,”IEEE Trans.ElectronDevices,vol.54,no.12,pp.3393-3399,Dec.2007报道了具有正阈值电压的GIT器件。文献Y.Cai,et.al.,“High-performance enhancement-mode AlGaN/GaN HEMTs using Fluoride-basedPlasma Treatment,”IEEE Electron Device Letters,vol.26,No.7,pp.435-437,Jul.,2005报道了采用氟等离子体处理栅区，能有效的把具有负电荷的氟离子注入AlGaN势垒区，使得阈值电压产生漂移，并利用形成栅时的快速退火，有效的去除等离子体产生的损伤，使得1μm栅长的器件获得较好的性能。文献PALACIOS T,et al.,“High-performance E-mode AlGaN/GaNHEMTs,”IEEE Electron Device Letters,2006,27(6):428－430报道了栅长160nm的增强型GaNHEMT器件，采用栅挖槽和氟等离子处理相结合的办法,利用InGaN背势垒，获得了和耗尽型GaN HEMT相当的性能。文献LI G. W.,et al.,“Threshold voltage control in Al_0.72Ga_0.28N/AlN/GaN HEMTs by work-function engineering,”IEEE Electron Device Letters，2010，31(9):954－956报道了在AlGaN表面采用原子层淀积（ALD）4nm Al₂O₃，既避免了金属与AlGaN的直接接触，又降低了栅极与沟道的距离。该方法增加了栅极对于沟道的控制。文献FUJIWARA T.,et al.,“Enhancement-mode m-plane AlGaN/GaN heterojunction field-effecttransistors”Appl Phys Express,2009，2(1):011001－011002报道了制作非极化m面AlGaN/GaN HEMT  。文献KURODA  M,et al.,“Nonpolar  AlGaN/GaNmetal-insulator-semiconductor heterojunction field-effect transistors with a normally off operation,”IEEE Transactions on Electron Device，2010，57(2):368－372报道了制作非极化面a面AlGaN/GaN MIS-HFET实现阈值电压1.3V。文献Yuhua Wen,et al.,“Enhancement-modeAlGaN/GaN heterostructure field effect transistors fabricated by elective area growth technique,”Appl.Phys.Lett.98072108,2011报道了采用选择区域外延（SAG）技术，在薄层AlGaN/GaN异质结上进行二次生长，实现了增强型器件。