[发明专利]基于铁电性Ⅲ族氮化物极化反转的增强型高电子迁移率晶体管

权利要求书

1.一种基于铁电性Ⅲ族氮化物极化反转的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述的增强型高电子迁移率晶体管自下而上依次包括衬底(1)、成核层(2)、缓冲层(3)、用于减少二维电子气散射的插入层(4)、势垒层和钝化层(7)；其中，所述的势垒层包括非铁电性势垒层(5)、铁电性Ⅲ族氮化物势垒层(6)，铁电性Ⅲ族氮化物势垒层(6)在非铁电性势垒层(5)和钝化层(7)之间；所述的缓冲层(3)和势垒层形成禁带宽度不同的异质结，缓冲层(3)禁带宽度小于势垒层禁带宽度；缓冲层(3)上表面的两端设有源电极(8)和漏电极(9)；所述的铁电性Ⅲ族氮化物势垒层(6)上设有栅电极(10)，栅电极(10)嵌套在钝化层(7)中；

所述的缓冲层(3)采用禁带宽度小于势垒层的Ⅲ-Ⅴ族化合物，成核层(2)起到诱导缓冲层(3)晶体取向的作用；

所述的势垒层包括非铁电性势垒层(5)、铁电性Ⅲ族氮化物势垒层(6)，其中非铁电性势垒层(5)可省略；所述的铁电性Ⅲ族氮化物势垒层(6)具有铁电特性，为金属掺杂Ⅲ族氮化物，具体的：

当存在非铁电性势垒层(5)时，非铁电性势垒层(5)采用没有铁电性的Ⅲ-Ⅴ族化合物，非铁电性势垒层(5)覆盖在插入层(4)表面，其厚度为5～50nm，铁电性Ⅲ族氮化物势垒层(6)置于非铁电性势垒层(5)和钝化层(7)之间，其厚度为5～300nm，此时非铁电性势垒层(5)为两端连接源电极(8)和漏电极(9)的整层结构；

当省略非铁电性势垒层(5)时，此时铁电性Ⅲ族氮化物势垒层(6)为两端连接源电极(8)和漏电极(9)的整层结构，覆盖在插入层(4)上方，厚度为5～300nm。

2.根据权利要求1所述的一种基于铁电性Ⅲ族氮化物极化反转的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述的缓冲层(3)厚度为0.5μm～5μm；所述的成核层(2)厚度为5～500nm；所述的插入层(4)厚度为1～5nm。

3.根据权利要求1所述的一种基于铁电性Ⅲ族氮化物极化反转的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述非铁电性势垒层(5)采用自发极化方向应向下的AlGaN、InAlGaN，或n-AlGaAs、n-InAlAs掺杂Ⅲ-Ⅴ族材料。

4.根据权利要求1所述的一种基于铁电性Ⅲ族氮化物极化反转的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述的铁电性Ⅲ族氮化物势垒层(6)中，所述Ⅲ族氮化物为AlN、GaN和InN。

5.根据权利要求1所述的一种基于铁电性Ⅲ族氮化物极化反转的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述的铁电性Ⅲ族氮化物势垒层(6)中，所述金属为过渡金属中的一种或多种，或者所述金属为Mg与另一种金属的共掺杂结构，其中另一种金属为Nb、V、Zr、Ti、Hf、Cr或Mo。

6.根据权利要求5所述的一种基于铁电性Ⅲ族氮化物极化反转的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述的过渡金属为Sc、Y、镧系。

7.根据权利要求1所述的一种基于铁电性Ⅲ族氮化物极化反转的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述的衬底(1)采用材料包括但不限于硅、碳化硅、蓝宝石、金刚石、砷化镓或氮化镓材料中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种基于铁电性Ⅲ族氮化物极化反转的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述的成核层(2)包括AlN、AlAs。

9.根据权利要求1所述的一种基于铁电性Ⅲ族氮化物极化反转的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述的缓冲层(3)包括GaN、GaAs、AlGaN。

10.根据权利要求1所述的一种基于铁电性Ⅲ族氮化物极化反转的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述的钝化层(7)包括但不限于SiN、Si₃N₄、SiO₂、AlN、MgO材料中的一种或几种。