[发明专利]一种具有高阈值电压的增强型高电子迁移率晶体管

说明书

本发明公开了一种具有高阈值电压的增强型高电子迁移率晶体管，包括自下而上依次设置的衬底、缓冲层、非掺杂GaN层、n型AlGaN层以及钝化层，源极和漏极分别设置于n型AlGaN层两端并与非掺杂GaN层形成接触，栅极设置在n型AlGaN层之上；所述n型AlGaN层由氮极性AlGaN层和金属极性AlGaN层组成。本发明通过引入了有别于传统金属极性的氮极性AlGaN层，与金属极性的GaN层构成的AlGaN/GaN异质结能带结构，实现更高的阈值电压。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种具有高阈值电压的增强型高电子迁移率晶体管。

背景技术

GaN基高电子迁移率晶体管（HEMT）是一种异质结场效应晶体管，它利用异质结中具有量子效应的二维电子气形成导电沟道，具有宽禁带、高饱和电子迁移率、高击穿电场和高热导率等优点，在高频、大功率、高温及高辐射器件领域都有着广泛的应用。

然而，如图1所示，正是由于AlGaN/GaN异质结界面处存在有高浓度的二维电子气，故使得由其制备的HEMT器件在具有高饱和电子迁移率的同时也必然成为一种耗尽型器件，即未加偏置电压时，器件的源极和漏极处于导通状态，导致系统的安全性降低和器件的损耗增加。

为提高HEMT器件的电学性能及其与集成电路的兼容性，现有技术通常采用氟离子注入法、薄势垒层、凹栅结构等方案将耗尽型HEMT转换为增强型HEMT。但氟离子注入法可实现的阈值电压较小，而且会对器件表面造成注入损伤；薄势垒层技术则会导致HEMT器件源极和漏极的导通电阻过大，并且使得器件的饱和电流较小；而凹栅结构采用的刻蚀工艺控制困难，重复性较差。而且，以上述现有技术所制备的增强型HEMT器件为了实现常关的特性，均采用提高AlGaN层的势垒高度或者减小AlGaN/GaN异质结界面处的自发极化电场的方法。如图2所示，现有技术制备的增强型HEMT器件中的AlGaN/GaN异质结能带结构图可以看出，由于此类异质结附近的导带能级与费米能级的距离较近，因此器件所能实现的阈值电压相对较小。

参考文献：

1.Kuzuhara M, Asubar J T, Tokuda H. AlGaN/GaN high-electron-mobilitytransistor technology for high-voltage and low-on-resistance operation[J].Jpn.j.appl.phys, 2016, 55(7):070101。

2.Meneghesso G, Meneghini M, Rossetto I, et al. Reliability andparasitic issues in GaN-based power HEMTs: a review[J]. Semiconductor ScienceTechnology, 2016, 31(9):093004。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术制备的增强型HEMT器件所存在的阈值电压较低的问题，本发明提供一种具有高阈值电压的新型增强型高电子迁移率晶体管。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种具有高阈值电压的增强型高电子迁移率晶体管，包括自下而上依次设置的衬底、缓冲层、非掺杂GaN层、n型AlGaN层以及钝化层，源极和漏极分别设置于n型AlGaN层两端并与非掺杂GaN层形成接触，栅极设置在n型AlGaN层之上；所述n型AlGaN层由氮极性AlGaN层和金属极性AlGaN层组成。

优选的，所述氮极性AlGaN层位于栅极的正下方，宽度与栅极相同，均为10-3000nm；氮极性AlGaN层厚度与金属极性AlGaN层相同，均为50-5000 nm。

优选的，所述缓冲层和非掺杂GaN层均为金属极性，缓冲层厚度为20-2000nm，非掺杂GaN层厚度为50-5000 nm。