[发明专利]基于复合沟道结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于复合沟道结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法，该器件自下而上依次包括：衬底、成核层、缓冲层、复合沟道层、势垒层，势垒层上面设有源极、漏极和栅极，栅极位于源极和漏极之间，势垒层、源极、漏极和栅极的上表面均设置有钝化层；其中，复合沟道层包括位于底层的GaN层，和位于GaN层上的若干AlGaN层，源极和漏极自势垒层上表面向下延伸至复合沟道层中的GaN层。本发明提供的基于复合沟道结构的高电子迁移率晶体管相比传统器件，同时改善了器件的击穿特性和导通特性，进而大幅度地提高了器件的功率品质因数。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种基于复合沟道结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法。

背景技术

随着功率电力电子技术的不断发展，对电力电子器件的性能要求也越来越高。传统的硅基半导体器件的性能提升逐渐逼近其理论极限，近年来，氮化镓材料由于具有禁带宽度大、临界击穿场强高的优势而受到广泛关注。由此，氮化镓基高电子迁移率晶体管也凭借其禁带宽度大、临界击穿场强高等良好的高频特性在移动电话、卫星电视和雷达等领域得到了广泛应用。

目前，现有的高电子迁移率晶体管通常采用AlGaN/GaN异质结沟道，由于自发极化效应和压电极化效应的存在，在AlGaN/GaN异质结界面处会有二维电子气生成，二维电子气具有电子饱和漂移速度高，迁移率高的特点，所以基于AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管具有耐高压、功率密度高的特点。相比于二元合金GaN材料，三元合金AlGaN材料的晶格长度介于GaN和AlN之间，且AlGaN材料的禁带宽度更大，临界击穿电场也更高，因而使得AlGaN材料的器件在高压应用领域具有更大的优势。

然而，AlGaN材料由于合金无需散射的效应，导致AlGaN基高电子迁移率晶体管的输出电流较小，功率密度较低，从而影响了器件的功率品质因数。因此，同时提高AlGaN基高电子迁移率晶体管的击穿特性和输出特性极为重要。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于复合沟道结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种基于复合沟道结构的高电子迁移率晶体管，自下而上依次包括：衬底、成核层、缓冲层、复合沟道层、势垒层，所述势垒层上面设有源极、漏极和栅极，所述栅极位于所述源极和所述漏极之间，所述势垒层、源极、漏极和栅极的上表面均设置有钝化层；其中，

所述复合沟道层包括位于底层的GaN层，和位于所述GaN层上的若干AlGaN层，所述源极和所述漏极自所述势垒层上表面向下延伸至所述复合沟道层中的GaN层。

在本发明的一个实施例中，所述复合沟道层中的若干AlGaN层中的Al组份自下而上依次递增。

在本发明的一个实施例中，所述复合沟道层中GaN层的厚度为50-200nm，每层AlGaN材料的厚度为50-100nm。

在本发明的一个实施例中，所述势垒层的材料为AlGaN，且其Al组分大于所述复合沟道层中最上层AlGaN层的Al组分。

在本发明的一个实施例中，所述衬底的材料为蓝宝石、碳化硅、硅或者氮化镓体材料。

在本发明的一个实施例中，所述缓冲层和所述复合沟道层之间还包括背势垒层。

在本发明的一个实施例中，所述背势垒层的材料为AlGaN，其中，Al组分为0.05-0.8。

在本发明的一个实施例中，所述源极和所述漏极的材料采用Ti/Al/Ni/Au或者Ti/Al/Mo/Au的金属组合，以与所述复合沟道层形成欧姆接触。

第二方面，本发明提供了一种基于复合沟道结构的高电子迁移率晶体管的制备方法，包括以下步骤：

S1：在衬底上依次淀积成核层和缓冲层；