[发明专利]含有组分渐变高阻缓冲层的双异质结HEMT及其制作方法

说明书

本发明公开了含有组分渐变高阻缓冲层的双异质结HEMT及其制作方法，其中，该双异质结HEMT，包括：衬底；成核层，位于衬底之上；高阻缓冲层，位于成核层之上；高迁移率沟道层，位于高阻缓冲层之上；势垒层，位于高迁移率沟道层之上；盖帽层，位于势垒层之上；其中，高阻缓冲层包含：故意掺杂层和位于故意掺杂层之上的非故意掺杂组分渐变层，且该非故意掺杂组分渐变层沿着器件外延生长的方向组分渐变减少。该器件一方面提高了沟道电子迁移率和对二维电子气的限制能力、降低器件的缓冲层漏电、以及提高击穿电压和栅调控能力；另一方面，通过利用高阻缓冲层铝镓氮的铝组分渐变，降低晶格应变，减少压电极化，整体提高HEMT器件工作的稳定性和可靠性。

技术领域

本公开属于半导体技术领域，涉及一种含有组分渐变高阻缓冲层的双异质结HEMT及制作方法。

背景技术

氮化镓作为第三代宽禁带半导体的典型代表，具有优良的物理和化学特性，非常适于研制高频、高压、高功率的器件和电路，采用氮化镓研制的高电子迁移率晶体管，电流密度大，功率密度高，噪声低，频率特性好，在军用和民用的微波功率领域有广泛的应用前景。

氮化镓基高电子迁移率晶体管(HEMT，High Electron Mobility Transistor)的原理为：由于组成异质结的两种材料的禁带不同，在异质结界面处形成了势垒和势阱，由于极化效应或调制掺杂产生的自由电子，积累在非掺杂的氮化镓层靠近界面的三角形势阱中，形成二维电子气，由于使势阱中的这些电子与势垒中的电离杂质空间分离，大大降低了库仑散射，从而显著提高了材料的迁移率。研制成器件后，通过栅电极可以控制异质结界面处的二维电子气浓度，在一定的直流偏压下，可以对高频微波信号进行放大。

当上述器件的工作频率上升到毫米波波段时，器件的栅长必须缩短到微纳尺度，同时势垒层厚度也需要同比例地缩短，否则短沟道效应将会凸显出来。短沟道效应表现在：阈值电压漂移增大，沟道夹断特性变差，亚阈电流增加，输出电导变大。这些现象会严重降低器件的性能。短沟道效应可以通过减薄势垒层厚度和提高沟道电子的限制能力得到遏制。但是，对于常规的氮化镓基场效应晶体管结构，氮化镓沟道里的电子仅仅受到势垒层一侧的限制，缓冲层那边的势垒是由二维电子气自身提供的。当沟道电子在大电压下逐渐耗尽时，缓冲层那侧的势垒逐渐消失，热电子很容易渗透进入缓冲层，造成器件的缓冲层漏电，器件的夹断特性变差。而且铝镓氮的势垒层的厚度也不能太薄，否则沟道里的二维电子气密度会减少，器件的输出功率下降。当然提高势垒层的铝组分，异质结带阶和极化电场增大，可显著提高二维电子气面密度。但是，Al组分较高时，大的晶格失配会导致AlGaN势垒层的晶体质量、表面和界面质量变差，应变诱生的深能级缺陷增多，使散射增强，迁移率降低，而且由晶格失配形成的应力通过逆压电效应会严重影响器件的可靠性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种含有组分渐变高阻缓冲层的双异质结HEMT及制作方法，通过引入组分渐变的高阻缓冲层，在提高二维电子气的限制能力、降低器件的缓冲层漏电、以及提高击穿电压和栅调控能力的同时，还通过减小晶格失配，降低压电极化来抑制二维空穴气的形成，一方面提高了对二维电子气的限域能力，另一方面防止HEMT器件性能的退化，确保器件性能的可靠性。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种含有组分渐变高阻缓冲层的双异质结HEMT，包括：衬底；成核层，位于衬底之上；高阻缓冲层，位于成核层之上；高迁移率沟道层，位于高阻缓冲层之上；势垒层，位于高迁移率沟道层之上；盖帽层，位于势垒层之上；其中，高阻缓冲层包含：故意掺杂层和位于故意掺杂层之上的非故意掺杂组分渐变层，且该非故意掺杂组分渐变层沿着器件外延生长的方向组分渐变减少。