氮化銦溝道層氮化鎵基高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種氮化銦溝道層氮化鎵基異質(zhì)結(jié)高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)，該晶體管使用氮化銦作為溝道層，并采用鋁鎵氮作為高阻層，可以顯著提高對二維電子氣的限制能力，遏制緩沖層的漏電，提高器件工作的可靠性。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度聞、擊穿電壓聞和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定及抗福射性強聞等特點，特別適合制備具備聞溫、聞頻、大功率和抗輻照特性的晶體管，在雷達、衛(wèi)星通信、航空航天、石油勘探、汽車電子、自動化控制等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在三族氮化物中，氮化銦電子遷移率最高，有效質(zhì)量最小，電子漂移速度最大。因此，很適合應(yīng)用于制作HEMT(High Electron Mobility Transistor,高電子遷移率晶體管)中的溝道層。
[0003]氮化鎵基異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的工作原理:由于組成異質(zhì)結(jié)的兩種材料禁帶寬度不同，在異質(zhì)結(jié)界面處形成了勢阱和勢壘，由于極化效應(yīng)或調(diào)制摻雜產(chǎn)生的自由電子，積累在非摻雜的氮化鎵層靠近界面的三角形勢阱中，形成二維電子氣，由于使勢阱中的這些電子與勢壘中的電離雜質(zhì)空間分離，大大降低了庫侖散射，從而顯著提高了材料的遷移率。研制成器件后，通過柵電極可控制異質(zhì)結(jié)界面處的二維電子氣濃度，在一定的直流偏壓下，可對高頻微波信號進行放大。
[0004]短溝道效應(yīng)會降低器件性能，是限制高頻器件應(yīng)用的一個重要原因。當器件工作頻率上升到毫米波波段時，器件的柵長必須縮短到微納尺度，同時勢壘層厚度也需要同比例地縮短，否則短溝道效應(yīng)將會凸顯出來。短溝道效應(yīng)表現(xiàn)在:亞閾值電流增加，輸出電導(dǎo)增大，閾值電壓漂移增大，溝道夾斷特性變差。提高溝道電子的限制能力可以遏制短溝道效應(yīng)。對于常規(guī)的AlGaN/GaN HEMT結(jié)構(gòu)，GaN溝道里的電子僅受到勢壘層一側(cè)的限制，緩沖層中勢壘是由二維電子自身提供的。當溝道電子在大電壓下逐漸耗盡時，緩沖層那側(cè)的勢壘逐漸消失，熱電子很容易滲透進入到緩沖層，造成器件的緩沖層漏電，器件夾斷特性變差。
[0005]目前，主要是通過鋁鎵氮緩沖層或銦鎵氮緩沖層或?qū)Φ壘彌_層進行P型摻雜技術(shù)抬高背勢壘，增加緩沖層對二維電子氣的限制作用。但是鋁鎵氮緩沖層或銦鎵氮緩沖層中三元合金的散射作用會降低器件散熱性能。摻雜會降低材料晶格的完整性，從而導(dǎo)致緩沖層的晶體質(zhì)量下降。同時，對氮化鎵緩沖層的P型摻雜技術(shù)很難實現(xiàn)。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種氮化銦溝道層氮化鎵基聞電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種氮化銦溝道層氮化鎵基高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)，該晶體管結(jié)構(gòu)包括:
[0008]一襯底；
[0009]一成核層，該成核層制作在所述襯底上，該成核層的厚度為0.01-0.60 Mm ；
[0010]一緩沖層，該緩沖層制作在所述成核層上面；
[0011]一氮化銦溝道層，該氮化銦溝道層制作在所述緩沖層上面，厚度為0.6-5 nm ；
[0012]一氮化鋁插入層，該氮化鋁插入層制作在所述氮化銦溝道層上面，厚度為0.7-5nm ；
[0013]一勢壘層，該勢壘層制作在所述氮化鋁插入層上面；
[0014]一氮化鎵帽層，該氮化鎵帽層制作在所述勢壘層上面，厚度為1-5 nm。
[0015]進一步，所述勢壘層的材料為InxAVxN或AlyGa^yN,其中O彡x彡0.3，
0.1 ^ y ^ I，勢壘層總厚度為2-30 nm。
[0016]進一步，所述緩沖層的材料為AlyGai_yN，其中O ( y〈0.10，厚度為0.2-2.5 Mm。
[0017]進一步，所述襯底為藍寶石、硅或碳化硅、氮化鎵或氮化鋁。
[0018]本實用新型的氮化銦溝道層氮化鎵基異質(zhì)結(jié)高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是:
1.通過引入氮化銦溝道層，形成限制溝道電子的背勢壘，提高對二維電子氣限制能力，提高柵調(diào)控能力，降低緩沖層漏電，抑制器件的短溝道效應(yīng)。
[0019]2.能夠在不使用三元合金緩沖層以及P型摻雜緩沖層的條件下，提高二維電子氣限制能力。避免三元合金緩沖層退化器件散熱性能，減小高二維電子氣限制特性晶體管的制作難度。
[0020]3.利用氮化銦在三族氮化物中，電子遷移率最高，有效質(zhì)量最小，電子漂移速度最大的特性，改善晶體管的輸出特性。
[0021]4.通過氮化銦溝道層與氮化鋁插入層之間大的勢壘高度，有效遏制溝道電子向勢魚層和表面的泄露。
[0022]5.該制作方法能夠在具體工藝上實現(xiàn)這種新型的高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型氮化銦溝道層氮化鎵基高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0024]圖2為本實用新型實施例的能帶結(jié)構(gòu)和電子密度分布圖；
[0025]圖3為傳統(tǒng)銦鋁氮/氮化鎵HEMT的能帶結(jié)構(gòu)和電子密度分布圖。
【具體實施方式】
[0026]下面，參考附圖，對本實用新型進行更全面的說明，附圖中示出了本實用新型的示例性實施例。然而，本實用新型可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實施例。而是，提供這些實施例，從而使本實用新型全面和完整，并將本實用新型的范圍完全地傳達給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。
[0027]為了易于說明，在這里可以使用諸如“上”、“下” “左” “右”等空間相對術(shù)語，用于說明圖中示出的一個元件或特征相對于另一個元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術(shù)語意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性術(shù)語“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或位于其他方位)，這里所用的空間相對說明可相應(yīng)地解釋。
[0028]如圖1所示，本實用新型提供一種氮化銦溝道層氮化鎵基高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)，該晶體管結(jié)構(gòu)具體包括:
[0029]一襯底10，該襯底是藍寶石或硅或碳化硅或氮化鎵或氮化鋁，但不限于這些襯底；
[0030]一成核層20，該成核層20是氮化鎵或氮化鋁，制作在襯底10的上面，厚度為0.01-0.60μιτι ；
[0031]一緩沖層30，該緩沖層30制作在氮化鎵或氮化鋁成核層20上面，所述一緩沖層30 的材料為 AlyGal-yN，其中 O ( y<0.10，厚度為 0.2-2.5 Mm ；
[0032]一氮化銦溝道層40，該氮化銦溝道層40制作在緩沖層30上面，厚度為0.6-5 nm ；
[0033]一氮化