[发明专利]一种氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备和使用方法

说明书

本发明公开了一种氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备和使用方法，晶体管包括氮化镓外延结构、源电极、漏电极和两个栅电极；所述的源电极和漏电极分别与氮化镓外延结构形成欧姆连接，所述的两个栅电极均位于源电极和漏电极之间，两个栅电极均包括总线和与总线连接的多个分支线，所述的总线与氮化镓外延结构形成肖特基接触，分支线的四周采用介质包裹并深入至氮化镓外延结构的沟道层，同时两个栅电极的分支线呈叉指状排布。本发明在单一栅压调控沟道载流子的基础上再额外引入了栅压差这一调控因素，使得栅对沟道载流子的调控手段更加丰富、更加有效，有利于实现器件更加灵活的工作。

技术领域

本发明涉及化合物半导体器件技术领域，一种氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备和使用方法。

背景技术

第三代半导体氮化镓因击穿场强高、抗辐照性能好、耐高温工作而获得学界和业界越来越多的关注。目前，GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）因其特有的高电子迁移率、高二维电子气面密度、高击穿电场、高功率输出密度，被视为下一代射频/微波功率放大器的首选技术。

GaN HEMT为三端子器件，分为栅、源、漏三个电极。载流子在漏压的驱使下由源电极向漏电极输运，形成漏电流，而栅极是调控漏电流大小的核心手段。现有技术仅仅通过栅极电压去影响沟道载流子输运，器件输出电流调控方式单一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备和使用方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种氮化镓高电子迁移率晶体管，包括氮化镓外延结构、源电极、漏电极和两个栅电极；所述的源电极和漏电极分别与氮化镓外延结构形成欧姆连接，所述的两个栅电极均位于源电极和漏电极之间，两个栅电极均包括总线和与总线连接的多个分支线，所述的总线与氮化镓外延结构形成肖特基接触，分支线的四周采用介质包裹并深入至氮化镓外延结构的沟道层，同时两个栅电极的分支线呈叉指状排布。

进一步地，所述的氮化镓外延结构从下至上依次包括AlN成核层、GaN缓冲层和沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN帽层。

进一步地，所述的一种氮化镓高电子迁移率晶体管还包括位于氮化镓外延结构底部的衬底。

进一步地，所述的介质为SiN介质。

本发明还提供一种所述的一种氮化镓高电子迁移率晶体管的制备方法，包括以下步骤：

通过金属有机化合物气相沉积的方式制备氮化镓外延结构；

依次进行光刻、显影、金属蒸发、剥离、高温快速热退火工艺，将源电极和漏电极分别与氮化镓外延结构形成欧姆接触；

光刻出两个栅电极的分支线刻蚀窗口，在感应耦合等离子体刻蚀机中采用氯基气体进行低损伤刻蚀，从上至下依次刻蚀并深入至沟道层以下；

采用PECVD生长介质；

光刻出两个栅电极的总线刻蚀窗口，在感应耦合等离子体刻蚀机中采用氟基气体对SiN介质进行低损伤刻蚀，直至暴露出氮化镓外延结构表面；

匀涂负胶，通过曝光、显影，暴露出两个栅电极，蒸发栅金属，经剥离工艺制作出两个栅金属电极。

本发明还提供一种所述的一种氮化镓高电子迁移率晶体管的使用方法，包括以下步骤：

将源电极和漏电极分别作为载流子输运的始发电极端子和终到电极端子，并施加一定电压，其中源电极接地；

在两个栅电极之间施加一定大小的电压差，驱动沟道载流子在两个由分支线构成的电容极板之间运动，使得正常情况下由源电极向漏电极运动的载流子被分流，即发生垂直于该方向的运动，进而调整源漏电流。