[发明专利]多沟道绝缘鳍式栅复合槽栅的AlGaAs/GaAs高电子迁移率晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多沟道绝缘鳍式栅复合槽栅的AlGaAs/GaAs高电子迁移率晶体管，自下而上依次包括GaAs或锗衬底、若干层AlGaAs/GaAs异质结、GaAs帽层、SiN钝化层、源电极、漏电极和栅电极，栅电极包括鳍式栅和槽栅，槽栅的刻蚀区域边界距离相应的鳍式栅的顶栅区域边界的距离小于100nm；栅电极与若干层AlGaAs/GaAs异质结的顶部及两个侧壁之间还包括绝缘介质层。本发明同时采用了三维鳍栅与凹形槽栅结构，使得栅不仅从上端对沟道进行控制，而且100nm以内的栅宽使得三维鳍栅电极能从侧面对沟道电子进行控制，明显加强栅控能力，提高器件跨导和器件增益能力；同时引入绝缘介质层，能有效降低由于鳍式结构刻蚀与槽栅刻蚀引入的泄漏电流，降低器件的静态功耗，提高器件的击穿电压。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，尤其涉及一种多沟道绝缘鳍式栅复合槽栅的AlGaAs/GaAs高电子迁移率晶体管及其制备方法。

背景技术

高电子迁移率晶体管(HEMT)是公认的最有发展前途的高速电子器件之一。因其具有超高速、低功耗、低噪声的特点(尤其在低温下)，可满足超高速计算机及信号处理、卫星通信等用途，从而受到广泛的重视。高电子迁移率晶体管(HEMT)作为新一代微波及毫米波器件,在频率、增益和效率方面表现出无与伦比的优势。GaAs/Al_xGa_1-xAs材料是发展最早、应用最广、研究最多的材料体系，由于可以制备出近乎理想界面的调制掺杂异质结构，二维电子气在低温(0.3K)下的迁移率最高达3.1×10⁷cm²/V·s，接近理想情况所能达到的最高值。为了进一步推动GaAs异质结器件在更大电流、更高频率等领域的应用，对于多沟道多异质结材料和器件的研究就显得很有必要。与单沟道异质结相比，双沟道异质结可以有更高的2DEG总密度，这使得器件饱和电流大幅度增加。但是双沟道异质结材料总势垒层厚度增加，使得器件栅与下面的沟道距离增大，这样降低了栅控能力，器件跨导峰值有所下降。

采用鳍式结构制作HEMT器件，相对于普通HEMT结构，具有较多的优势。鳍式结构最大的优点就是采用了三维立体结构，由栅极将沟道从三个方向包裹起来，沟道在三个方向都能受到栅极较好的控制，使得器件在沟道长度很短时，提高栅控能力，改善短沟道效应，降低关态泄漏电流。在高速高频应用方面，鳍式结构器件具有低的泄漏电流和良好的亚阈值特性。

但是现有的鳍式结构器件的栅控能力还有待进一步提升，并且，还存在由于鳍式侧栅结构的引入而导致栅极漏电的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多沟道绝缘鳍式栅复合槽栅的AlGaAs/GaAs高电子迁移率晶体管及其制备方法，既能抑制栅电极的漏电，又能在鳍式结构与槽栅结构的共同作用下对栅控能力进行提升。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

多沟道绝缘鳍式栅复合槽栅的AlGaAs/GaAs高电子迁移率晶体管，自下而上依次包括GaAs或锗衬底、若干层AlGaAs/GaAs异质结、GaAs帽层、SiN钝化层、源电极、漏电极和栅电极，所述AlGaAs/GaAs异质结包括GaAs层和AlGaAs势垒层，且所述GaAs层靠近所述GaAs或锗衬底，所述源电极和所述漏电极分别位于所述SiN钝化层两侧的所述GaAs帽层上，所述栅电极位于所述源电极与所述漏电极中间：

所述栅电极包括鳍式栅和槽栅，所述鳍式栅覆盖在若干层所述AlGaAs/GaAs异质结的顶部及两个侧壁形成，所述鳍式栅的顶栅区域上刻蚀有凹形的所述槽栅，所述槽栅的刻蚀深度至距离所述GaAs或锗衬底最近的所述AlGaAs势垒层处，所述槽栅的刻蚀区域边界距离相应的所述鳍式栅的顶栅区域边界的距离小于100nm；

所述栅电极与若干层所述AlGaAs/GaAs异质结的顶部及两个侧壁之间还包括绝缘介质层。