[实用新型]一种InxAl1-xN/AlN复合势垒层氮化镓基异质结高电子迁移率晶体管结构

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，特别是涉及一种In_xAl_1-xN/AlN复合势垒层氮化镓基异质结高电子迁移率晶体管结构，该晶体管使用In_xAl_1-xN/AlN复合势垒层，高迁移率层作为沟道，并采用铝镓氮作为高阻层，可以显著提高二维电子气的浓度和对二维电子气的限制能力，提高器件工作的综合性能。

背景技术

氮化镓作为第三代半导体材料的典型代表，具有禁带宽度大、击穿电压高、电子饱和和漂移速度高、化学性质稳定及抗辐射性强高等特点，特别适合制备具备高温、高频、大功率和抗辐照特性的晶体管，在雷达、卫星通信、航空航天、石油勘探、汽车电子、自动化控制等领域具有广阔的应用前景。

氮化镓基异质结场效应晶体管的工作原理：由于组成异质结的两种材料禁带宽度不同，在异质结界面处形成了势阱和势垒，由于极化效应或调制掺杂产生的自由电子，积累在非掺杂的氮化镓层靠近界面的三角形势阱中，形成二维电子气，由于使势阱中的这些电子与势垒中的电离杂质空间分离，大大降低了库仑散射，从而显著提高了材料的迁移率。研制成器件后，通过栅电极可控制异质结界面处的二维电子气浓度，在一定的直流偏压下，可对高频微波信号进行放大。

二维电子气浓度是表征异质结场效应晶体管结构材料质量的重要参数，提高沟道中二维电子气浓度是提高氮化镓基异质结场效应晶体管的输出电流密度和功率密度的重要措施。为了提高氮化镓基高电子迁移率晶体管结构材料的二维电子气浓度，通常采取两种方法：1）采用晶格匹配的InAlN/GaN HEMT（High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管）结构，可以在一定程度上提高沟道中的二维电子气面密度，但由于势垒层中铝组分含量的限制，在提高二维电子气浓度方面并不是特别理想。2）利用高铝组分势垒层AlN/GaN HEMT结构，也可以提高二维电子气面密度。但是，氮化铝和氮化镓之间大的晶格失配限制了势垒层厚度，难以产生强的二维电子气。同时，当器件工作频率上升到毫米波波段，器件栅长缩短到微纳尺度时，就会引起短沟道效应，降低器件性能。通过减薄势垒层厚度和提高电子的限制能力可抑制短沟道效应。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种In_xAl_1-xN/AlN复合势垒层氮化镓基高电子迁移率晶体管结构，通过引入高铝组分的In_xAl_1-xN/AlN 复合势垒层，即使在复合势垒层较薄时，仍具有更高的二维电子气面密度，约为相同条件下传统铟铝氮/氮化镓高电子迁移率晶体管结构的1.5-2倍。

为了实现上述目的本实用新型一种In_xAl_1-xN/AlN 复合势垒层氮化镓基异质结高电子迁移率晶体管结构，包括：

一衬底；

一成核层，该成核层制作在衬底上，该成核层的厚度为0.01-0.60μm；

一高阻层，该高阻层制作在成核层上面；

一高迁移率层，该高迁移率层制作在高阻层上面；

一In_xAl_1-xN/AlN复合势垒层，该复合势垒层制作在高迁移率层上面；

一氮化镓帽层，该氮化镓帽层制作在In_xAl_1-xN/AlN复合势垒层上面，厚度为1-5nm。

进一步，所述In_xAl_1-xN/AlN复合势垒层的材料为AlN垒层和In_xAl_1-xN阱层交替生长，其中0.13<x<0.23，单层氮化铝厚度为0.5-5 nm，单层铟铝氮厚度为2-14.5 nm，复合势垒层总厚度为5-30 nm，复合势垒层周期数为2-10。

进一步，所述高迁移率层的材料为氮化镓，厚度为0.005-0.5μm。

进一步，所述高阻层的材料为Al_yGa_1-yN，其中0≤y<0.10，厚度为0.2-2.5μm。

进一步，所述衬底为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或氮化铝。