氮化镓基晶体管制造技术

本公开提供一种氮化镓基晶体管，包括：底部结构；背势垒层，设置在底部结构上，背势垒层采用铝元素、镓元素、铟元素与氮元素组合的二元、三元或四元合金，背势垒层的铝元素组分沿背势垒层的生长方向递减，以改变氮化镓基晶体管沟道处的能带结构；沟道层，设置在背势垒层上，沟道层用于提供电流横向流通的通道；势垒层，设置在沟道层上，势垒层用于与沟道层形成异质结，通过极化效应在异质结的界面处形成二维电子气；其中，背势垒层用于限制电子在沟道层中传输，以抑制电流分散。以抑制电流分散。以抑制电流分散。

【技术实现步骤摘要】
氮化镓基晶体管


[0001]本公开的实施例涉及高功率和高速电路的
，更具体地，涉及一种氮化镓基晶体管。

技术介绍

[0002]由于氮化镓具有宽禁带、高击穿电场、高电子饱和速度等优良的物理特性，基于铝镓氮/氮化镓(AlGaN/GaN)异质结的高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistors，HEMT)被广泛运用于高功率和高速电路应用之中。然而面向更高压、高温、高频等复杂工作环境、及光电探测等新型应用时，无论是器件性能、功能还是稳定性都不完善。
[0003]目前，HEMT结构主要基于包含GaN沟道和AlGaN势垒的单一异质结，其Al成分、掺杂浓度和层厚相对固定。然而，由于其简单的器件结构以及固定的结构成分，这种单异质结HEMT器件的能带调制在很大程度上受到限制，同时，还限制了该类型器件的性能和应用探索，因此需要对HEMT的异质结能带进行进一步优化。
[0004]另外，AlGaN/GaN基HEMT具有高浓度高迁移率的二维电子气沟道，使其在高速大功率电子电力器件领域具有广泛的应用前景。但GaN在单一异质结结构会导致一部分二维电子气从沟道溢出到缓冲层，导致性能和可靠性降低。同时，加入AlGaN背势垒层会使在AlGaN/GaN缓冲界面产生不必要的寄生通道，而寄生通道会导致器件的击穿电压降低，并使器件的可靠性严重恶化，限制了器件的电学特性。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题，本公开实施例提供一种氮化镓基晶体管，通过使背势垒层的铝元素组分沿背势垒层的生长方向递减，可以改变氮化镓基晶体管的能带结构，进而提高氮化镓基晶体管的光电探测能力和高温稳定性。
[0006]本公开的实施例提供了一种氮化镓基晶体管，包括：底部结构；背势垒层，设置在上述底部结构上，上述背势垒层采用铝元素、镓元素、铟元素与氮元素组合的二元、三元或四元合金，上述背势垒层的铝元素组分沿上述背势垒层的生长方向递减，以改变氮化镓基晶体管沟道处的能带结构；沟道层，设置在上述背势垒层上，上述沟道层用于提供电流横向流通的通道；势垒层，设置在上述沟道层上，上述势垒层用于与上述沟道层形成异质结，通过极化效应在上述异质结的界面处形成二维电子气；其中，上述背势垒层用于限制电子在上述沟道层中传输，以抑制电流分散。
[0007]根据本公开的一些实施例，上述氮化镓基晶体管还包括：间隔层，设置在上述沟道层和上述势垒层之间，上述间隔层用于减少上述沟道层和上述势垒层的上述异质结处的合金散射作用。
[0008]根据本公开的一些实施例，上述氮化镓基晶体管还包括：帽层，设置在上述势垒层上；源极、漏极和栅极，上述源极、漏极和栅极设置在上述帽层上；其中，上述帽层用于提高
上述氮化镓基晶体管的肖特基势垒高度以降低上述栅极的漏电。
[0009]根据本公开的一些实施例，上述氮化镓基晶体管还包括：钝化层，覆盖在上述帽层和上述源极、漏极和栅极的远离上述势垒层的表面上，上述钝化层用于抑制上述氮化镓基晶体管的表面态。
[0010]根据本公开的一些实施例，上述背势垒层的铝元素组分沿上述背势垒层的生长方向从0.2逐渐递减至0。
[0011]根据本公开的一些实施例，上述背势垒层厚度为1μm～10μm。
[0012]根据本公开的一些实施例，上述势垒层采用铝元素、镓元素、铟元素与氮元素组合的二元、三元或四元合金，其中，上述铝元素、镓元素、铟元素为固定组分。
[0013]根据本公开的一些实施例，上述势垒层采用铝元素、镓元素、铟元素与氮元素组合的二元、三元或四元合金，上述势垒层的铝元素组分沿上述势垒层的生长方向递增或递减。
[0014]根据本公开的一些实施例，上述底部结构包括：衬底；成核层，设置在上述衬底上；缓冲层，设置在上述成核层上，上述缓冲层用于降低上述背势垒层与上述衬底之间的晶格失配和热失配；其中，上述成核层为上述缓冲层的生长提供成核位点和应力调控。
[0015]根据本公开的一些实施例，上述缓冲层通过调控应力和位错的形成和湮灭的方式为上述氮化镓基晶体管结构的生长提供基础。
[0016]根据本公开实施例的氮化镓基晶体管通过使背势垒层的铝元素组分沿背势垒层的生长方向递减，可以改变氮化镓基晶体管的能带结构，进而提高氮化镓基晶体管的光电探测能力和高温稳定性，同时，在紫外光电探测领域对于光生载流子的收集和限制能力也有提升。
附图说明
[0017]图1是根据本公开的一种示意性实施例的氮化镓基晶体管的截面示意图；
[0018]图2是根据本公开的一种示意性实施例的氮化镓基晶体管的HRXRD图和能带图；
[0019]图3是根据本公开的一种示意性实施例的氮化镓基晶体管的电学特性图；
[0020]图4是根据本公开的一种示意性实施例的氮化镓基晶体管与单异质结器件的高温转移特性对比图；
[0021]图5是根据本公开的一种示意性实施例的钝化的氮化镓基晶体管与单异质结钝化器件的高温肖特基特性对比图；
[0022]图6是根据本公开的一种示意性实施例的氮化镓基晶体管作为紫外探测器的PC模式光电探测的转移曲线图；以及
[0023]图7是根据本公开的一种示意性实施例的氮化镓基晶体管在零偏压即自供电模式下作为紫外探测器的静态和动态光探测行为的测试图。
具体实施方式
[0024]以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免
不必要地混淆本公开的概念。
[0025]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0026]在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
[0027]在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基晶体管，包括：底部结构；背势垒层，设置在所述底部结构上，所述背势垒层采用铝元素、镓元素、铟元素与氮元素组合的二元、三元或四元合金，所述背势垒层的铝元素组分沿所述背势垒层的生长方向递减，以改变氮化镓基晶体管沟道处的能带结构；沟道层，设置在所述背势垒层上，所述沟道层用于提供电流横向流通的通道；势垒层，设置在所述沟道层上，所述势垒层用于与所述沟道层形成异质结，通过极化效应在所述异质结的界面处形成二维电子气；其中，所述背势垒层用于限制电子在所述沟道层中传输，以抑制电流分散。2.根据权利要求1所述的氮化镓基晶体管，还包括：间隔层，设置在所述沟道层和所述势垒层之间，所述间隔层用于减少所述沟道层和所述势垒层的所述异质结处的合金散射作用。3.根据权利要求1所述的氮化镓基晶体管，还包括：帽层，设置在所述势垒层上；源极、漏极和栅极，所述源极、漏极和栅极设置在所述帽层上；其中，所述帽层用于提高所述氮化镓基晶体管的肖特基势垒高度以降低所述栅极的漏电。4.根据权利要求1所述的氮化镓基晶体管，还包括：钝化层，覆盖在所述帽层和所述源极、漏极和栅极的远离所述势垒层的表面上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海定，张昊宸，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：