[发明专利]一种增强型AlGaN/GaN异质结场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种AlGaN/GaN异质结场效应晶体管。

背景技术

由于Si与GaAs为代表的前两代半导体材料的局限性，第三代宽禁带半导体材料因为其优异的性能得到了飞速发展。GaN材料作为第三代半导体材料的核心之一，相比Si，GaAs和碳化硅(SiC)特殊之处在于其所具有极化效应。利用这种特殊性能人们研制了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，AlGaN/GaN HEMTs是以AlGaN/GaN异质结材料为基础而制造的GaN基微电子器件。AlGaN/GaN异质结通过自发极化和压电极化效应在异质结界面处形成高密度二维电子气(two dimensional electron gas，2DEG)，这种二维电子气具有很高的迁移率，从而使AlGaN/GaN HEMTs具有很低的导通电阻。与传统的场效应晶体管(FET)器件相比，AlGaN/GaN HEMTs具有高跨导、高饱和电流以及高截止频率等优良特性。而且，实验证明，GaN基HEMTs在1000K的高温下仍然保持着良好的直流特性，从而为高温环境应用的系统提供了可靠高效的电子器件。

HEMT器件按照零栅压时器件的工作状态,可分为耗尽型(常开)和增强型(常关)两大类：栅压为零时已存在导电沟道的器件,称为耗尽型器件；相反，只有当施加一定的正向栅压才能形成导电沟道的器件,称为增强型器件。传统的耗尽型AlGaN/GaN HEMTs因为要使用负的开启电压，这在射频微波应用中，使电路结构显得复杂化。因此有必要开展增强型AlGaN/GaN HEMTs器件的研究，即让器件的阈值电压变为正值，实际应用中只需要加一个正的偏压即可以使其工作或夹断。这样可以消除负偏压的电路设计，使得电路简单化，减少了电路设计的复杂性和制备的成本，对于大规模微波射频电路应用来说，其意义十分重大。

目前，常见的槽栅增强型AlGaN/GaN HEMTs器件结构如图1所示，主要包括：半绝缘衬底7；位于半绝缘衬底上外延生长的缓冲层6；位于缓冲层6表面外延生长的GaN层5；位于GaN缓冲上异质外延生长的AlGaN层4，其中栅位置处有刻蚀形成的凹槽；位于AlGaN层上的源极1、栅极2、漏极3。

槽栅增强型器件在制造的过程中由于AlGaN层的厚度以及槽栅刻蚀深度的准确控制比较难，因此工艺重复性差，阈值电压的可控性较差；另外，刻蚀损伤大，导致栅漏电流大等问题。

发明内容

为了满足现阶段对增强型AlGaN/GaN HEMTs器件的需求，本发明提供了一种新型的增强型AlGaN/GaN HEMTs结构。

解决方案如下：

一种增强型AlGaN/GaN异质结场效应晶体管，包括半绝缘衬底、缓冲层、GaN层、AlGaN层、源极、栅极以及漏极；源极和漏极均通过欧姆接触与GaN层、AlGaN层相连；其特殊之处在于：

所述GaN层在靠近电极一侧有一部分区域为P型掺杂GaN，对应于自源极至部分栅极所覆盖的区域。

具体来说，P型掺杂GaN宽度的要求就是要使栅极能够覆盖到P型掺杂GaN与2DEG的界面即可。当然，厚度应当满足在无栅压情况下，器件不会开启(即漏电流低于设计者要求的值)，这与具体的器件设计要求相关。

GaN层中的P型掺杂GaN可以通过Mg或者其他可掺杂元素外延生长形成，视掺杂效果和需求而定。

基于上述解决方案，本发明还进一步作如下优化限定和改进：

上述栅极通过肖特基接触与所述AlGaN层相连。

上述半绝缘材料为硅、蓝宝石或碳化硅。

上述GaN层具有N型电阻特性或半绝缘特性。

本发明的有益效果如下：

在晶体管2DEG所在的GaN层源端到栅电极部分区域使用P型掺杂的GaN代替，P型GaN与源极为欧姆接触，P型GaN与GaN层2DEG为直接接触。在栅压为零时，由于P型GaN与2DEG界面处势垒的阻挡作用电子无法到达源电极，器件处于关断状态；当栅极加电正压时，栅极下的2DEG浓度提高，使其能带高度下降，随着电压进一步增大，2DEG能带高度进一步下降，2DEG与P型掺杂GaN的势垒厚度也不断减小，直到在漏源电压的作用下发生遂穿，实现器件导通。于是就实现了栅控常关的增强型器件。

本发明由于无需在表面做刻蚀等工艺过程，可以在保持较好界面特性的情况下实现增强型器件的制作，器件的性能与可靠性都能得到保证。

附图说明