[发明专利]T栅N面GaN/AlGaN鳍式高电子迁移率晶体管

说明书

本发明公开了一种T栅N面GaN/AlGaN鳍式高电子迁移率晶体管。主要解决现有微波功率器件的最高振荡频率小，欧姆接触电阻大，短沟道效应严重的问题。其自下而上包括：衬底(1)、GaN缓冲层(2)、AlGaN势垒层(3)、GaN沟道层(4)、栅介质层(5)、钝化层(6)和源、漏、栅电极。其中缓冲层和沟道层采用N面GaN材料；GaN沟道层和AlGaN势垒层组成GaN/AlGaN异质结；栅电极采用T型栅，且包裹在GaN/AlGaN异质结的两侧和上方，形成三维立体栅结构。本发明器件具有栅控能力好，欧姆接触电阻小及最高振荡频率高的优点，可用作小尺寸的微波功率器件。

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，具体地说是一种T栅N面GaN/AlGaN鳍式高电子迁移率晶体管Fin-HEMT，可用于微波功率集成电路。

背景技术

GaN材料作为第三代半导体材料，由于禁带宽度大、二维电子气2DEG浓度高和电子饱和速度高等优点，被认为是制作微波功率器件及高速器件的优良材料。特别是AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管HEMT，在微波功率电路中有广泛的应用。

随着晶体管尺寸的缩小，栅长越来越短，传统高电子迁移率晶体管HEMT的短沟道效应越来越明显。普通的I型栅，其寄生电容和寄生电阻较大，影响高电子迁移率晶体管的交流小信号特性和功率特性。用鳍式场效应晶体管FinFET结构制作的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管HEMT器件，采用三维立体结构，使栅极将沟道从三个方向包裹起来，提高了栅控能力，改善了短沟道效应。2014年，南洋理工大学的S.Arulkumaran等人首次在硅衬底上制备出了InAlN/GaNFin-HEMT，这种结构有更低的漏致势垒降低，更高的开关电流比，参见In_0.17Al_0.83N/AlN/GaNTripleT-shapeFin-HEMTswithgm＝646mS/mm,I_ON＝1.03A/mm,I_OFF＝1.13μA/mm,SS＝82mV/decandDIBL＝28mV/VatV_D＝0.5V，IEEE，InternationalElectronDeviceMeeting(IEDM),2014:25.6.1-25.6.4。该器件采用的是Ga面GaN基结构，相比于N面GaN基器件，Ga面GaN基器件有较高的欧姆接触电阻，较差的二维电子气限域性，对短沟道效应的抑制能力也较弱。

发明内容

本发明的目的在于针对上述高电子迁移率晶体管HEMT器件的不足，提出一种T栅N面GaN/AlGaN鳍式高电子迁移率晶体管及制作方法，以抑制短沟道效应，减小欧姆接触电阻，提高最大振荡频率。

为实现上述目的，本发明的T栅N面GaN/AlGaN鳍式高电子迁移率晶体管，自下而上包括衬底1、GaN缓冲层2、AlGaN势垒层3、GaN沟道层4、栅介质层5、钝化层6和源、漏、栅电极，其特征在于：

GaN缓冲层和沟道层均采用N面GaN；

栅电极采用T型栅并且包裹在GaN/AlGaN异质结的两侧和上方，形成三维立体栅结构。

依据上述技术思路，本发明制作T栅N面GaN/AlGaN鳍式高电子迁移率晶体管的方法，包括如下步骤：

1)在C面SiC、a面蓝宝石或N面GaN单晶衬底上，利用分子束外延MBE或金属有机化合物化学气相淀积MOCVD生长1.5～3μm的N面GaN缓冲层；

2)在GaN缓冲层上先生长20nm厚的AlGaN，其Al组分从5％渐变到30％；再生长厚度为5～10nm的AlGaN，其Al组分为30％；

3)在AlGaN势垒层上生长厚度为20～30nm的N面GaN沟道层；

4)通过刻蚀GaN沟道层、AlGaN势垒层和GaN缓冲层的边缘部分，形成鳍型GaN/AlGaN异质结；