[发明专利]一种具有高低栅及多凹槽的氮化镓调制掺杂场效应晶体管

说明书

本发明公开了一种具有高低栅及多凹槽的氮化镓调制掺杂场效应晶体管，属于场效应晶体管技术领域，其结构自下而上分别为蓝宝石衬底、氮化铝成核层、氮化镓沟道层、铝镓氮势垒层。在源极区域和漏极区域的上表面分别具有源电极和漏电极。在铝镓氮势垒层上方中部靠近源极处具有栅电极，栅电极中部为高栅，高栅两侧为左低栅和右低栅。在氮化镓沟道层与铝镓氮势垒层的界面形成异质结沟道，沟道处形成二维电子气。在氮化镓沟道层上表面，左低栅和右低栅的正下方具有凹陷形成的第一凹槽和第二凹槽。使调制掺杂场效应晶体管具有下述效果：①获得较大的电流密度；②削弱电流崩塌效应；③提高栅电极的控制能力；④提高器件的击穿电压。

技术领域

本发明属于场效应晶体管技术领域，涉及了一种具有高低栅及多凹槽的氮化镓调制掺杂场效应晶体管。

背景技术

20世纪末期，氮化镓以其较大的禁带宽度、较高的电子饱和速度、高击穿电压及抗辐照等特点，成为当今高频大功率器件和系统的研究热点。而宽带隙半导体器件中，调制掺杂场效应晶体管(MODFET)具有高频率、大功率密度、高击穿电压以及较高的效率等优势，因此在民用通信、物联网、石油勘探、航空航天、雷达系统等国防、民用领域均有着广泛的应用前景。

当今在大功率器件应用中，传统结构的氮化镓调制掺杂场效应晶体管已经无法满足现在的高性能需求。目前，大多数文献致力于对氮化镓调制掺杂场效应晶体管采用外围电路对晶体管进行调控与补偿，这类研究并没有从晶体管的内部结构进行优化改善，这类设计往往会导致晶体管击穿特性情况不理想、跨导调控能力不够强等问题，对器件的输出功率、功率附加效率等重要性能产生极大影响。

发明内容

本发明目的在于改善传统氮化镓调制掺杂场效应晶体管，使其具有①获得较大的电流密度；②削弱电流崩塌效应；③提高栅电极的控制能力；④提高器件的击穿电压等优点，满足目前对于大功率半导体器件的需求。即提供一种具有高低栅及多凹槽的氮化镓调制掺杂场效应晶体管。

本发明公开如下的技术方案，实现上述目标。

一种具有高低栅及多凹槽的氮化镓调制掺杂场效应晶体管，其结构自下而上分别为蓝宝石衬底、氮化铝(AlN)成核层、氮化镓(GaN)沟道层、铝镓氮(n-AlGaN)势垒层；在铝镓氮势垒层上方左侧与右侧分别具有源极区域和漏极区域，在源极区域和漏极区域的上表面分别具有源电极和漏电极；在铝镓氮势垒层上方中部靠近源极处具有栅电极，栅电极中部为高栅，高栅两侧为栅电极的左低栅和右低栅，所述的高栅，为底部处于铝镓氮势垒层上表面的栅电极的中部；所述的左低栅，为高栅左侧的底部低于铝镓氮势垒层的上表面的栅电极的左侧；所述的右低栅，为高栅右侧的底部低于铝镓氮势垒层的上表面的栅电极的右侧；在氮化镓(GaN)沟道层与铝镓氮势垒层的界面形成异质结沟道，沟道处形成二维电子气；在氮化镓(GaN)沟道层上表面，左低栅和右低栅的正下方具有凹陷形成的第一凹槽和第二凹槽。

优选地，栅电极中的左低栅和右低栅，是由铝镓氮势垒层表面经过光刻刻蚀形成凹槽后，通过金属与半导体的肖特基接触，在铝镓氮势垒层凹槽中形成。

优选地，栅电极中的高栅，是金属通过与铝镓氮势垒层上表面进行肖特基接触后形成。

优选地，氮化镓沟道层上表面的第一凹槽和第二凹槽，都是在氮化镓沟道层通过光刻刻蚀所形成。

优选地，整个器件的横向宽度为6μm；铝镓氮势垒层两端部的厚度为30nm；氮化镓沟道层两端部的厚度为2.5μm。

优选地，高栅的宽度为0.5-0.7μm；左低栅和右低栅的宽度为0.2-0.5μm；左低栅和右低栅低于高栅底部的深度为2-5nm；第一凹槽和第二凹槽的宽度为0.3-0.7μm；第一凹槽和第二凹槽的深度为1-4nm。

优选地，高栅的宽度为0.5μm；左低栅和右低栅的宽度为0.25μm；左低栅和右低栅低于高栅底部的深度为5nm；第一凹槽和第二凹槽的宽度为0.6μm；第一凹槽和第二凹槽的深度为4nm。