[发明专利]一种绝缘层掩埋型晶体管结构及器件

说明书

一种绝缘层掩埋型晶体管结构及器件，包括半导体衬底、源极、栅极以及漏极，所述支撑衬底上方依次生长有所述沟道层、隔离层与势垒层；栅极设置在源极和漏极之间；支撑衬底与沟道层之间设有绝缘层；支撑衬底为与绝缘层生长工艺兼容的衬底；晶体管包括背栅控制极与隔离层；背栅控制极与所述沟道层通过隔离层隔离。本发明的有益效果为有效的阻断了衬底的泄漏，改善/控制栅极、源极以及支撑衬底之间的漏电流，降低了噪声系数；避免了晶格失配材料生长造成晶体皲裂变形、及可靠性下降；而且可以通过背栅控制极控制阈值电压的高低，并进一步减小漏电流的，从而开发出各种新型功能性的器件。

技术领域

本发明涉及晶体管领域，尤其是一种绝缘层掩埋型晶体管结构及器件。

背景技术

现有的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，包括GaAs、GaN、InP等类型。其中的GaAs pHEMT衬底结构，未掺杂InGaAs层与AlGaAs层在界面处形成异质结，产生二维电子气。栅极控制势垒高度，当栅极达到一定偏压时，二维电子气隧道穿越势垒，在源极和漏极间形成电流。为了防止电流泄露到GaAs衬底中，加入了未掺杂GaAs/AlGaAs超晶格缓冲层。但是现有的GaAspHEMT晶体管存在着一下几个缺点：漏电流大，包括栅极与源极之间的漏电流，二维电子气通过未掺杂GaAs/AlGaAs超晶格缓冲层向GaAs衬底泄露的电流；因漏电流的存在显著降低了GaAs pHEMT晶体管的效率；因漏电流的存在，导致了GaAs pHEMT器件的堆叠性不好。

GaN pHEMT衬底结构与GaAs pHEMT衬底结构类似，不同之处在于有SiC、GaN和Si三种衬底材料。主要采用的是SiC和Si两种主流衬底材料。在此基础上开发的碳化硅(SiC)衬底上的GaN(GaN－on－SiC)，以及Si(硅)衬底上的GaN(GaN－on－Si)，SiC衬底主要优势在于散热特性，碳化硅(SiC)衬底上的GaN(GaN－on－SiC)主要适合于高频、高压、高温应用场合，其主要缺点：制作衬底的尺寸受限制、成本比较高以及难于与CMOS等Si基技术集成。

Si(硅)衬底上的GaN(GaN－on－Si)是目前比较有希望放量民用的一种器件。其特点在于，用晶圆可达12英寸的Si替代了昂贵的SiC，易于与现有的Si硅基CMOS技术集成，使成本显著降低，有希望在主流民用及消费类电子市场得到应用。但是Si(硅)衬底上的GaN(GaN－on－Si)也存在一些问题，具体表现在：高频特性不好、可靠性不好、漏电流大以及效率不高。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种绝缘层掩埋型晶体管结构及器件，采用在半导体衬底上增加绝缘层、缓冲层，在晶体管上增加背栅控制极，使得晶体管结构成本低、高频特性好，使用效率高以及漏电流显著降低。

本发明采用的技术方案如下：

一种绝缘层掩埋型晶体管结构，包括半导体衬底、源极、栅极以及漏极，所述半导体衬底包括支撑衬底、沟道层、隔离层以及势垒层，所述沟道层、隔离层以及势垒层均为半导体薄膜层，所述支撑衬底上方依次生长有所述沟道层、所述隔离层与所述势垒层；所述源极和所述漏极设置在势垒层两侧，与势垒层接触；所述栅极设置在源极和漏极之间，与势垒层接触；所述支撑衬底与所述沟道层之间设有绝缘层；所述绝缘层为绝缘薄膜；所述支撑衬底与绝缘层生长工艺兼容的衬底；所述晶体管包括背栅控制极与隔离层；所述背栅控制极与所述绝缘层通过所述隔离层隔离。

传统的晶体管结构，为了防止电流泄漏到半导体薄膜材料的衬底中，增加了未掺杂的缓冲层，但是其漏电流大、效率低以及堆叠的性能特性不好等缺陷。本发明采用的是一种新型绝缘层掩埋型晶体管结构，在沟道层与支撑衬底之间增加一层绝缘层，能够实现高击穿电压以及低漏电流，还能提供背部偏压控制，使得芯片的整体性能有显著的提高。

更进一步的，所述绝缘层与所述沟道层之间设有缓冲层。