本發(fā)明特別涉及一種提高h(yuǎn)emt器件二維電子氣濃度的結(jié)構(gòu)及方法，屬于半導(dǎo)體。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前提高algan/aln/gan異質(zhì)結(jié)界面處的二維電子氣濃度(2deg)濃度的主要技術(shù)有：提高a1gan勢(shì)壘層al組分或增加algan厚度，增強(qiáng)自發(fā)極化強(qiáng)度提高界面凈正束縛電荷濃度，進(jìn)而提高2deg濃度。采用鈍化層減少表面態(tài)，阻止表面態(tài)捕獲電子形成負(fù)電荷區(qū)，補(bǔ)償界面二維電子氣。

2、cn?115842041?a通過(guò)使空穴注入結(jié)構(gòu)可以足夠靠近柵極，使得表面陷阱復(fù)合的更充分；同時(shí)避免了長(zhǎng)距離的表面電荷傳輸，從而帶來(lái)了更快的表面電荷轉(zhuǎn)移，提高了表面陷阱復(fù)合效率，以達(dá)到空穴注入的最佳效果。

3、然而，通過(guò)增加al組分的方法提高2deg雖然是目前主要手段，但是隨著al組分的提高，晶體質(zhì)量會(huì)逐漸惡化，缺陷的增加導(dǎo)致2deg遷移率的下降，歐姆接觸電阻增加以及表面態(tài)增加進(jìn)而影響器件動(dòng)態(tài)特性。表面鈍化技術(shù)可以減少表面態(tài)提高2deg，但并不能對(duì)異質(zhì)結(jié)引入物理量，如張應(yīng)力，來(lái)提高algan/gan異質(zhì)結(jié)界面處2deg。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種提高h(yuǎn)emt器件二維電子氣濃度的結(jié)構(gòu)及方法，在不影響晶體質(zhì)量的前提下，既能夠向algan勢(shì)壘層引入張應(yīng)力提高二維電子氣濃度又可以起到鈍化的作用抑制表面態(tài)提高器件動(dòng)態(tài)特性。對(duì)于p柵增強(qiáng)型hemt器件，無(wú)需對(duì)非柵區(qū)刻蝕重現(xiàn)2deg，刻蝕損傷會(huì)額外引入表面態(tài)影響器件性能。對(duì)于常關(guān)型algan/gan?hemt器件，可以向algan勢(shì)壘層引入張應(yīng)力提高界面處極化電荷密度，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

2、為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

3、本發(fā)明的第一個(gè)方面提供了一種提高h(yuǎn)emt器件二維電子氣濃度的結(jié)構(gòu)，包括外延結(jié)構(gòu)以及與所述外延結(jié)構(gòu)匹配的源極、漏極和柵極，所述外延結(jié)構(gòu)包括層疊設(shè)置的溝道層和勢(shì)壘層，所述溝道層和所述勢(shì)壘層之間的界面處形成有載流子溝道，以及，該提高h(yuǎn)emt器件二維電子氣濃度的結(jié)構(gòu)還包括：磷酸鋰帽層，所述磷酸鋰帽層覆設(shè)在所述外延結(jié)構(gòu)上。

4、在一較為具體的實(shí)施方案中，所述磷酸鋰帽層覆設(shè)在所述勢(shì)壘層上，所述勢(shì)壘層的導(dǎo)帶被所述磷酸鋰帽層下拉傾斜，所述源極、所述漏極、所述柵極設(shè)置在所述勢(shì)壘層上，所述磷酸鋰帽層設(shè)置在所述柵極與所述源極和/或所述漏極之間。

5、在另一較為具體的實(shí)施方案中，所述外延結(jié)構(gòu)還包括p型半導(dǎo)體層，所述p型半導(dǎo)體層層疊設(shè)置在所述勢(shì)壘層上，所述磷酸鋰帽層覆設(shè)在所述p型半導(dǎo)體層上，所述載流子溝道的導(dǎo)帶被所述磷酸鋰帽層下拉至費(fèi)米能級(jí)以下，所述柵極設(shè)置在所述p型半導(dǎo)體層上，所述源極、所述漏極設(shè)置在所述勢(shì)壘層上，所述磷酸鋰帽層設(shè)置在所述柵極與所述源極和/或所述漏極之間。

6、進(jìn)一步的，所述磷酸鋰帽層的厚度在100nm以?xún)?nèi)。

7、進(jìn)一步的，所述hemt器件為常關(guān)型器件或增強(qiáng)型器件。

8、本發(fā)明的第二個(gè)方面提供了一種提高h(yuǎn)emt器件二維電子氣濃度的方法，包括制作外延結(jié)構(gòu)以及制作與外延結(jié)構(gòu)匹配的源極、漏極和柵極，所述外延結(jié)構(gòu)包括依次設(shè)置的溝道層和勢(shì)壘層，所述溝道層、勢(shì)壘層之間的界面處形成有載流子溝道，以及，該方法還包括：在所述外延結(jié)構(gòu)上制作形成磷酸鋰帽層。

9、在一較為具體的實(shí)施方案中，所述磷酸鋰帽層覆設(shè)在所述勢(shì)壘層上，所述勢(shì)壘層的導(dǎo)帶被所述磷酸鋰帽層下拉傾斜，所述源極、所述漏極、所述柵極設(shè)置在所述勢(shì)壘層上，所述磷酸鋰帽層設(shè)置在所述柵極與所述源極和/或所述漏極之間。

10、在另一較為具體的實(shí)施方案中，所述外延結(jié)構(gòu)還包括p型半導(dǎo)體層，所述p型半導(dǎo)體層層疊設(shè)置在所述勢(shì)壘層上，所述磷酸鋰帽層覆設(shè)在所述p型半導(dǎo)體層上，所述載流子溝道的導(dǎo)帶被所述磷酸鋰帽層下拉至費(fèi)米能級(jí)以下，所述柵極設(shè)置在所述p型半導(dǎo)體層上，所述源極、所述漏極設(shè)置在所述勢(shì)壘層上，所述磷酸鋰帽層設(shè)置在所述柵極與所述源極和/或所述漏極之間。

11、進(jìn)一步的，所述磷酸鋰帽層的厚度在100nm以?xún)?nèi)。

12、進(jìn)一步的，所述hemt器件為常關(guān)型器件或增強(qiáng)型器件。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括：

14、對(duì)于增強(qiáng)型hemt，本發(fā)明避免了在柵極附近額外的如刻蝕、離子注入等半導(dǎo)體制造工藝，避免引入大量表面態(tài)，改善了器件動(dòng)態(tài)特性；

15、對(duì)于增強(qiáng)型hemt，本發(fā)明直接在p-gan層上外延磷酸鋰(li3po4)，可以將載流子溝道的能級(jí)直接下拉到費(fèi)米能級(jí)以下，可有效降低柵極附近表面態(tài)密度，提高器件的動(dòng)態(tài)特性，得到高性能hemt器件；

16、對(duì)于常關(guān)型hemt，本發(fā)明在a1gan勢(shì)壘層上外延磷酸鋰(li3po4)，磷酸鋰可以向a1gan勢(shì)壘層引入張應(yīng)力，增加a1gan勢(shì)壘層的極化電場(chǎng)強(qiáng)度，提高a1gan/gan界面處凈正束縛電荷的濃度。

技術(shù)特征：

1.一種提高h(yuǎn)emt器件二維電子氣濃度的結(jié)構(gòu)，包括外延結(jié)構(gòu)以及與所述外延結(jié)構(gòu)匹配的源極、漏極和柵極，所述外延結(jié)構(gòu)包括層疊設(shè)置的溝道層和勢(shì)壘層，所述溝道層和所述勢(shì)壘層之間的界面處形成有載流子溝道，其特征在于，還包括：磷酸鋰帽層，所述磷酸鋰帽層覆設(shè)在所述外延結(jié)構(gòu)上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高h(yuǎn)emt器件二維電子氣濃度的結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述磷酸鋰帽層覆設(shè)在所述勢(shì)壘層上，所述勢(shì)壘層的導(dǎo)帶被所述磷酸鋰帽層下拉傾斜，所述源極、所述漏極、所述柵極設(shè)置在所述勢(shì)壘層上，所述磷酸鋰帽層設(shè)置在所述柵極與所述源極和/或所述漏極之間。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高h(yuǎn)emt器件二維電子氣濃度的結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述外延結(jié)構(gòu)還包括p型半導(dǎo)體層，所述p型半導(dǎo)體層層疊設(shè)置在所述勢(shì)壘層上，所述磷酸鋰帽層覆設(shè)在所述p型半導(dǎo)體層上，所述載流子溝道的導(dǎo)帶被所述磷酸鋰帽層下拉至費(fèi)米能級(jí)以下，所述柵極設(shè)置在所述p型半導(dǎo)體層上，所述源極、所述漏極設(shè)置在所述勢(shì)壘層上，所述磷酸鋰帽層設(shè)置在所述柵極與所述源極和/或所述漏極之間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述提高h(yuǎn)emt器件二維電子氣濃度的結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述磷酸鋰帽層的厚度在100nm以?xún)?nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高h(yuǎn)emt器件二維電子氣濃度的方法，其特征在于：所述hemt器件為常關(guān)型器件或增強(qiáng)型器件。

6.一種提高h(yuǎn)emt器件二維電子氣濃度的方法，包括制作外延結(jié)構(gòu)以及制作與外延結(jié)構(gòu)匹配的源極、漏極和柵極，所述外延結(jié)構(gòu)包括依次設(shè)置的溝道層和勢(shì)壘層，所述溝道層、勢(shì)壘層之間的界面處形成有載流子溝道，其特征在于，還包括：在所述外延結(jié)構(gòu)上制作形成磷酸鋰帽層。

7.根據(jù)權(quán)利要求6提高h(yuǎn)emt器件二維電子氣濃度的方法，其特征在于：所述磷酸鋰帽層覆設(shè)在所述勢(shì)壘層上，所述勢(shì)壘層的導(dǎo)帶被所述磷酸鋰帽層下拉傾斜，所述源極、所述漏極、所述柵極設(shè)置在所述勢(shì)壘層上，所述磷酸鋰帽層設(shè)置在所述柵極與所述源極和/或所述漏極之間。

8.根據(jù)權(quán)利要求6提高h(yuǎn)emt器件二維電子氣濃度的方法，其特征在于：所述外延結(jié)構(gòu)還包括p型半導(dǎo)體層，所述p型半導(dǎo)體層層疊設(shè)置在所述勢(shì)壘層上，所述磷酸鋰帽層覆設(shè)在所述p型半導(dǎo)體層上，所述載流子溝道的導(dǎo)帶被所述磷酸鋰帽層下拉至費(fèi)米能級(jí)以下，所述柵極設(shè)置在所述p型半導(dǎo)體層上，所述源極、所述漏極設(shè)置在所述勢(shì)壘層上，所述磷酸鋰帽層設(shè)置在所述柵極與所述源極和/或所述漏極之間。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述提高h(yuǎn)emt器件二維電子氣濃度的方法，其特征在于：所述磷酸鋰帽層的厚度在100nm以?xún)?nèi)。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述提高h(yuǎn)emt器件二維電子氣濃度的方法，其特征在于：所述hemt器件為常關(guān)型器件或增強(qiáng)型器件。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種提高HEMT器件二維電子氣濃度的結(jié)構(gòu)及方法。提高HEMT器件二維電子氣濃度的結(jié)構(gòu)包括外延結(jié)構(gòu)以及與外延結(jié)構(gòu)匹配的源極、漏極和柵極，所述外延結(jié)構(gòu)包括層疊設(shè)置的溝道層和勢(shì)壘層，所述溝道層和所述勢(shì)壘層之間的界面處形成有載流子溝道，以及，磷酸鋰帽層，所述磷酸鋰帽層覆設(shè)在所述外延結(jié)構(gòu)上。本發(fā)明避免了在柵極附近額外的半導(dǎo)體制造工藝，避免引入大量表面態(tài)，改善了器件動(dòng)態(tài)特性，以及，本發(fā)明還提高了2DEG的濃度。

技術(shù)研發(fā)人員：王驍,林志宇,張育民,王建峰,徐科
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19