本发明专利技术公开了一种氮化镓基增强型异质结场效应晶体管，其结构从下至上依次主要由衬底、氮化铝成核缓冲层、背势垒层、氮化镓、势垒层以及绝缘介质层组成，在势垒层上形成有源极、漏极，源极及漏极与势垒层形成欧姆接触，在绝缘介质层上形成有栅极，栅极与绝缘介质层形成肖特基接触。本发明专利技术通过在栅极正下方沟道区域引入极化强度大于势垒层的背势垒层，使背势垒层和势垒层的极化强度相抵消，起到耗尽栅下沟道的二维电子气的效果，从而实现增强型工作状态。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种氮化镓基增强型异质结场效应晶体管，其结构从下至上依次主要由衬底、氮化铝成核缓冲层、背势垒层、氮化镓、势垒层以及绝缘介质层组成，在势垒层上形成有源极、漏极，源极及漏极与势垒层形成欧姆接触，在绝缘介质层上形成有栅极，栅极与绝缘介质层形成肖特基接触。本专利技术通过在栅极正下方沟道区域引入极化强度大于势垒层的背势垒层，使背势垒层和势垒层的极化强度相抵消，起到耗尽栅下沟道的二维电子气的效果，从而实现增强型工作状态。【专利说明】一种氮化镓基增强型异质结场效应晶体管
本专利技术涉及半导体器件领域，具体是指一种氮化镓（GaN)基增强型异质结场效应 晶体管。
技术介绍
氮化镓（GaN)基异质结场效应晶体管具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱 和速度高、导热性能好、抗辐射和良好的化学稳定性等优异特性，同时氮化镓（GaN)材料可 以与铝镓氮（AlGaN)等材料形成具有高浓度和高迁移率的二维电子气异质结沟道，因此特 别适用于高压、大功率和高温环境的应用，是电力电子应用最具潜力的晶体管之一。 图1为现有的基于GaN-on-Insulator(GOI)技术的GaN MIS-HFET结构示意图， 主要包括：衬底101，氮化铝（A1N)成核缓冲层102,铝铟镓氮（AlxIn yGazN)势垒层104以及 绝缘介质层105,铝铟镓氮（AlxIn yGazN)势垒层上形成源极106和漏极107,绝缘介质层上 形成栅极108,其中源极和漏极均与铝铟镓氮（Al xInyGazN)势垒层形成欧姆接触，栅极与绝 缘介质层形成肖特基接触。由于AlxInyGazN/GaN异质结构间天然存在很强的二维电子气 (2DEG)沟道，所以在零偏压下，图1所示的基于G0I技术的GaN MIS-HFET器件处于导通状 态，为耗尽型器件；而耗尽型器件的应用存在一定局限性：要使耗尽型器件关断必须在栅 极加负电压偏置，这增加了电路的功耗和复杂度，同时在异常断电的情况下，器件仍处于导 通状态，降低了系统的安全性。而使用增强型器件能降低系统功耗和复杂度，提升安全性， 使氮化镓基HEMT能应用于大功率开关器件和电路以及数字互补逻辑集成电路，具有很大 的应用前景。 在本专利技术提出以前，为了实现氮化镓增强型器件主要采用如下方法： (1)使用槽栅结构 , IEEE Trans.Electron Devices, 2006, 53,（2)，pp. 356-362]。将栅下AlGaN势垒层刻蚀掉一部分，当势垒层薄到一 定程度时，栅下2DEG密度将减小到可以忽略的程度，而源、漏区域的2DEG密度不变；这样器 件的饱和电流、跨导和阈值电压均优于薄势垒结构，但槽栅工艺对刻蚀深度的准确性控制 较差，导致工艺重复性差，同时刻蚀会造成机械性损伤，使栅漏电增加。 (2)使用 P 型 GaN 栅结构. 23rd International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs,May 23-26, 2011. Piscataway NJ, USA: IEEE, 2011.]。在栅下和AlGaN势垒层之间引入P型GaN材料，栅金属与P型GaN形 成欧姆接触，一方面P型掺杂能提高能带，在栅压为零时耗尽沟道电子实现增强型特性，另 一方面P型GaN材料中的空穴能注入沟道，起到电导调制作用，在提高漏极电流的同时保持 较小的栅电流。但GaN材料的P型受主Mg激活能很高，高质量的P型GaN材料很难实现， 同时P型掺杂也会对材料的可靠性造成影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种具有增强型工作状态的氮化镓基增强型 异质结场效应晶体管。 本专利技术采用如下述技术方案：一种新型氮化镓基增强型异质结场效应晶体管，如 图2所示，其由下至上依次主要由衬底101、氮化铝（A1N)成核缓冲层102、背势垒层201、氮 化镓（GaN)沟道层103、势垒层104以及绝缘介质层105组成，在势垒层104上表面设有源 极106和漏极107,源极106及漏极107均与势垒层104形成欧姆接触，绝缘介质层106上 表面设有栅极108,栅极108与绝缘介质层105形成肖特基接触；其中势垒层104的极化强 度小于或等于引入的背势垒层201的极化强度，从而耗尽沟道二维电子气，由此实现器件 的增强型工作状态。 所述背势垒层201的垂直轴线与栅极108的垂直轴线重合；所述背势垒层201的 长度Ub满足〇 < Ub < Lsd，其中Lsd为源漏距。 所述势垒层104的厚度Tbmier和背势垒层201的厚度Tbaekba_满足lnm彡T baekba" ier ^barrier 10〇ΠΓΠ 〇 进一步的，所述势垒层104和背势垒层201的材料可均为铝铟镓氮（AlxIn yGazN)， 其中，X、y、z分别指错铟镓氮中Al、In和Ga的摩尔百分比组分含量，其中x+y+z = 1， 0彡X彡1，0彡y彡1，0彡z彡1 ;所述铝铟镓氮（AlxInyGazN)势垒层104和铝铟镓氮 (Al xInyGazN)背势垒层201的极化强度Psp(Al xInyGazN)可通过下式得出： 【权利要求】1. 一种氮化镓基增强型异质结场效应晶体管，从下至上依次主要为衬底（101)，氮化 铝（A1N)成核缓冲层（102)，氮化镓沟道层（103)，势垒层（104)和绝缘介质层（105)，在所 述势垒层（104)上形成有源极（106)、漏极（107)，在所述绝缘介质层（105)上表面设有栅 极（108)，所述源极（106)及漏极（107)均与所述势垒层（104)形成欧姆接触，所述栅极 (108)与所述绝缘介质层（105)形成肖特基接触，其特征在于，在所述氮化铝（A1N)成核缓 冲层（102)的上表面设有背势垒层（201)。2. 根据权利要求1所述的氮化镓基增强型异质结场效应晶体管，其特征在于，所述势 垒层（104)所用材料的极化强度小于或等于所述背势垒层（201)所用材料的极化强度。3. 根据权利要求1所述的氮化镓基增强型异质结场效应晶体管，其特征在于，所述背 势垒层（201)的垂直轴线与栅极（108)的垂直轴线重合。4. 根据权利要求1至3任意一项所述的氮化镓基增强型异质结场效应晶体管，其特征 在于，所述的背势垒层（201)的长度Lbb满足0 < Lbb < Lsd，其中Lsd为源漏距。5. 根据权利要求1至3任意一项所述的氮化镓基增强型异质结场效应晶体管，其特征 在于，所述的势垒层（104)的厚度TbmiOT和背势垒（201)的厚度T baekba"iOT满足lnm<Tbackba rrier ^barrier 10〇ΠΓΠ 〇6. 根据权利要求1至3任意一项所述的氮化镓基增强型异质结场效应晶体管，其特征 在于，所述的绝缘介质层（105)所用材料包括Si0 2、Al203、Si3N4中的至少一种。7. 根据权利要求2所述的氮化镓基增强型异质结场效应晶体管，其特征在于，所述的 势垒层（104)和背势垒层（201)的材料均为铝铟镓氮（Al xInyGazN)，其中，x本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氮化镓基增强型异质结场效应晶体管，从下至上依次主要为衬底(101)，氮化铝(AlN)成核缓冲层(102)，氮化镓沟道层(103)，势垒层(104)和绝缘介质层(105)，在所述势垒层(104)上形成有源极(106)、漏极(107)，在所述绝缘介质层(105)上表面设有栅极(108)，所述源极(106)及漏极(107)均与所述势垒层(104)形成欧姆接触，所述栅极(108)与所述绝缘介质层(105)形成肖特基接触，其特征在于，在所述氮化铝(AlN)成核缓冲层(102)的上表面设有背势垒层(201)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杜江锋，潘沛霖，陈南庭，于奇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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