[实用新型]一种氮化镓高电子迁移率晶体管

说明书

技术领域

本实用新型属于微电子技术领域，特别涉及一种氮化镓高电子迁移率晶体管。

背景技术

随着无线通信的迅速发展，对微波放大器的性能要求越来越高，即要求高频、低噪声、高功率、高效率和高线性度。在传统的通信系统中，低频下，硅器件占据着主要市场，在微波毫米波频段砷化镓器件占据主导和支配地位。近年来随着工艺技术的发展，硅器件也已经可以工作到毫米波频段，但是硅器件的低功率密度无法满足高功率器件的要求。能够工作了微波毫米波频段的砷化镓器件，在高功率性能上也已经接近它的极限值。为了获得更高的功率密度，一种宽带隙、高击穿电压和良好的热性能半导体材料氮化镓受到人们的极大关注和研究。

与硅和砷化镓材料相比，氮化镓材料有着更优良的电学性能，使得Al_xGa_1-xN/GaN HEMT(高电子迁移率晶体管)成为具有高频、高功率密度、高温、高线性和低噪声器件，也使得它成为未来高级通信网络中的放大器、调制器和其它关键器件的主要替代者。在手机基站、汽车、航空和相控阵雷达等军民用领域都有着广泛的应用。实际工作中，为了得到高质量的音视频，要求器件具有高线性度。尽管Al_xGa_1-xN/GaN HEMT在功率和线性度上相对于硅和砷化镓器件具有明显的优势，但是通过器件外延层结构的改进和参数的优化，可以进一步提高其线性度。

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种外延层结构以及参数优化的氮化镓高电子迁移率晶体管。

本实用新型包括基底，基底上依次外延生长有缓冲层、插入层、隔离层、势垒层和帽层，晶体管的栅极、源极和漏极位于帽层上。

所述的基底的材料为蓝宝石、硅或碳化硅；

所述的缓冲层为厚度是2.5μm的GaN；

所述的插入层为厚度是4nm的Al_0.04Ga_0.96N；

所述的隔离层为厚度是3nm的Al_0.31Ga_0.69N；

所述的势垒层为掺杂硅元素的Al_0.31Ga_0.69N，掺杂浓度为3.5×10¹⁸cm^-3，厚度为20nm；

所述的帽层为厚度是2nm的帽层Al_0.31Ga_0.69N；

所述的栅极金属为镍/金、源极金属为钛/铝/镍/金、漏极金属为钛/铝/镍/金。

本实用新型方法中各层的外延生长采用常规技术手段，本实用新型的发明点在于器件的外延层结构以及各外延层的相关参数。

本实用新型通过改变器件的外延层结构，同时优化外延层结构的相关参数，使得器件在工作时栅极电压在一定范围工作范围内器件的跨导变化很小，也即器件具有较高的线性度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

一种氮化镓高电子迁移率晶体管包括蓝宝石基底1，蓝宝石基底1上依次外延生长有厚度为2.5μm的GaN缓冲层2、厚度为4nm的Al_0.04Ga_0.96N插入层3、厚度为3nm的Al_0.31Ga_0.69N隔离层4、厚度为20nm的Al_0.31Ga_0.69N势垒层5和厚度为2nm的Al_0.31Ga_0.69N帽层6，其中势垒层5掺杂硅元素，掺杂浓度为3.5×10¹⁸cm^-3。晶体管的栅极8、源极7和漏极9位于帽层6上，栅极金属为镍/金、源极金属为钛/铝/镍/金、漏极金属为钛/铝/镍/金。

实践表明，该种结构和参数的氮化镓高电子迁移率晶体管工作时栅极电压在一定范围工作范围内器件的跨导变化很小，器件具有较高的线性度。