[发明专利]一种双叠层MOS-HEMT

说明书

本发明公开了一种双叠层MOS‑HEMT，包括从下至上依次层叠设置的衬底、缓冲层以及GaN层，所述GaN层的上表面从左到右有依次设置有第一n型重参杂氮化镓层、AlGaN层、第二n型重参杂氮化镓层，所述第一n型重参杂氮化镓层的上表面设置有源极，所述第二n型重参杂氮化镓层的上表面设置有漏极，所述AlGaN层的上表面从下至上依次层叠设置有介电层和绝缘层，所述绝缘层上设有栅极，所述栅极贯穿绝缘层，并延伸至所述介电层，所述介电层为High‑k材料。本发明通过绝缘层防止穿隧电流，并搭配high k材料制成的介电层可以更促进组件特性减少衬底漏电流，从而减少组件功率散逸，提高组件的稳定性。

技术领域

本发明涉及高电子移动率晶体管(HEMT)领域，尤其涉及一种双叠层MOS-HEMT。

背景技术

高电子移动率晶体管(High electron mobility transistor,HEMT)，也称调变掺杂场效应管(modulation-doped FET,MODFET)是场效应晶体管的一种，它使用两种具有不同能隙的材料形成异质结构，为载子提供通道。而近年来发展的氮化镓高电子移动率晶体管则凭借其良好的高频特性吸引了大量关注。高电子移动率晶体管可以在极高频下工作，因此在移动电话、卫星电视和雷达中应用广泛。

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)具有高频率、高温操作、高功率、宽能隙、高电场、高导热、高电子饱和速度以及高二维电子云浓度的特性，二维电子气(Two-dimensional electron gas,2DEG)是指电子气可以自由在二维方向移动，而在第三维上受到限制的现象。III族氮化物异质结构具有较大的自发性极化与压电效应，此异质结构沿着极性方向生长，在AlGaN/GaN的界面上形成三角形量子阱，也就是二维电子云(2DEG)。它是许多场效应器件(例如MOSFET、HEMT)工作的基础。氮化镓高电子迁移率晶体管可以应用于电源开关，高频率，高电流操作的应用。

可是现有AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)存在F-N穿隧(Fowler-NordheimTunneling)现象-电子容易从硅或门极金属的表面穿隧到氧化层的导电带上，形成栅极漏电流；尤其是薄膜厚度在几奈米以下时，穿透的机率将会大增。另外一种直接穿隧(directtunneling)的现象是随着组件尺寸的微缩，使得氧化层厚度(gate oxide thickness)也越做越薄，当栅极氧化层厚度小于4nm，在一个薄氧化层的组件上，施加一个较大的栅极偏压Vg，因此不论是正电压还是负电压，都容易会造成基板(或金属电极)的电子直接穿隧到金属电极(或基板)的导电带，形成栅极漏电流，进而增加组件功率散逸及降低组件的稳定性。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种稳定性好的防栅极漏电流的HEMT。

本发明所采用的技术方案是：一种双叠层MOS-HEMT，包括从下至上依次层叠设置的衬底、缓冲层以及GaN层，所述GaN层的上表面从左到右有依次设置有第一n型重参杂氮化镓层、AlGaN层、第二n型重参杂氮化镓层，所述第一n型重参杂氮化镓层的上表面设置有源极，所述第二n型重参杂氮化镓层的上表面设置有漏极，所述AlGaN层的上表面从下至上依次层叠设置有介电层和绝缘层，所述绝缘层上设有栅极，所述栅极贯穿绝缘层，并延伸至所述介电层，所述介电层为High-k材料。

进一步，所述绝缘层的材料为SiN。

进一步，所述介电层使用原子层沉积形成。

进一步，所述介电层的材料为HfO₂、MgO、TiO₂、Ga₂O₃、旋涂式介电材料、拓扑绝缘体中的任意一种。

进一步，所述缓冲层的材料为AlN或low temperature GaN。

进一步，所述AlGaN层的厚度小于25nm。