[发明专利]Г栅异质结场效应晶体管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体器件，特别是基于III-V族化合物半导体材料异质结结构的Γ栅异质结场效应晶体管，可作为微波、毫米波通讯系统以及雷达系统的基本器件。

技术背景

业内周知，由III族元素和V族元素所组成的半导体材料，即III-V族化合物半导体材料，如氮化镓(GaN)基、砷化镓(GaAs)基、磷化铟(InP)基等半导体材料，它们的禁带宽度往往差异较大，因此人们通常利用这些III-V族化合物半导体材料形成各种异质结结构。由于在异质结中异质结界面两侧的III-V族化合物半导体材料的禁带宽度存在较大的差异，使得这些异质结结构具有一个共同特点：在异质结界面附近产生一个量子势井。对于由III-V族化合物半导体材料所组成的异质结，人们通过对材料进行掺杂，或者利用材料的极化效应等特性，在异质结界面附近的量子势井中产生高浓度的二维电子气，这种二维电子气是由大量的电子载流子构成的。另外由于这种二维电子气被束缚在量子势井中，实现了载流子与电离杂质在空间上的分离，减少了电离杂质对载流子的库仑力作用，消除了电离散射中心的影响，从而大大提高了载流子的迁移率。这种高浓度二维电子气和高载流子迁移率，使得III-V族化合物半导体材料异质结具有良好的电特性。

基于III-V族化合物半导体材料异质结制作而成的异质结场效应晶体管，继承了III-V族化合物半导体材料异质结的优点，如具有高载流子浓度、高载流子迁移率、高工作频率、大功率及耐高温等，可以用于微波、毫米波通讯系统以及雷达系统的基本器件，因此它自从诞生之日起便成为众多研究者研究的热点。1980年，Mimura等人报道成功研制出了第一只AlGaAs/GaAs异质结场效应晶体管，参见A new field-effect transistor withselectively doped GaAs/n-Al_XGa_1-XAs heterostructures，Japanese Journal of Applied Physics，Vol.19，No.5，pp.L225-L227，May 1980。1993年，Khan等人报道成功研制出了第一只AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管，也是一种异质结场效应晶体管，参见Highelectron mobility transistor based on a GaN-Al_XGa_1-XN heterojunction，Applied Physics Letters，Vol.63，No.9，pp.1214-1215，August 1993。随着对器件研究的深入，人们对基于III-V族化合物半导体材料异质结的异质结场效应晶体管的研究不断取得新的突破。然而，通常异质结场效应晶体管工作时，其势垒层耗尽区中的电场线的分布并不均匀，栅极靠近漏极一侧边缘往往会收集大部分来自势垒层耗尽区中的电场线，因此该处的电场相当高。此处的高电场会使得栅极泄漏电流增大，容易导致器件发生雪崩击穿，使其实际击穿电压偏小，从而导致该类器件的高击穿电压和大功率等优势不能充分发挥。另外，器件的栅极泄露电流增大会导致其可靠性变差。