[发明专利]SiO2/SiN双层钝化层T型栅AlGaN/GaN HEMT及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制作领域，具体涉及一种SiO₂/SiN双层钝化层T型栅AlGaN/GaN HEMT(高电子迁移率晶体管)及制作方法。 

背景技术

微波功率放大器是基站、卫星等微波通信系统中的重要组成部分。随着无线通信市场的快速发展，对微波功率放大器件的性能提出了更高的要求，比如高温、高频、大功率、低噪声、高效率等。宽禁带半导体材料氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料的典型代表，具有禁带宽带大、耐高压、耐高温、耐酸碱腐蚀、抗辐射、电子饱和速度和漂移速度高、容易形成高质量异质结构的优异特性，非常适合制造高温、高频、大功率、抗辐照微波电子器件。 

AlGaN和GaN形成异质结后，由于存在较强的自发极化和压电极化，在AlGaN/GaN异质结界面处存在高浓度的二维电子气。在相同工作频率下，与Si基及GaAs基器件相比，AlGaN/GaN HEMT输出功率密度表现出了一个量级的提高。近年来AlGaN/GaN HEMT器件在微波大功率领域取得了诸多突破性进展。在频率方面，器件电流截止频率已经达到220GHz，最高振荡频率达到400GHz。在功率方面，2GHz频率下实现输出功率230W，4GHz频率下实现输出功率密度41.4W/mm，8GHz实现输出功率141.25W。 

然而，AlGaN/GaN HEMT的频率和功率性能受到电流崩塌效应的限制。GaN基HEMT的电流崩塌效应，指器件在应力、脉冲、交流和射频等条件下输出电流减小、输出功率和增益降低、器件性能恶化的现象，这是目前影响器件实用化的主要问题。研究表明这种现象主要和AlGaN的表面态有直接关系，在器件工作过程中，表面电离的施主态会俘获由于栅-漏电极 间强电场所激发出的电子，这就好比在栅、漏电极之间存在另一个栅极，也就是所谓的虚栅。由于这些表面态能级的充放电时间通常很长，赶不上射频信号的频率，所以，在射频信号下，虚栅会调制沟道电子的浓度，使器件输出电流减小，膝电压增加，输出功率密度和功率附加效率减小，形成电流崩塌。因此降低表面陷阱能够有效地抑制电流崩塌效应。2000年，SiN钝化方法被提出降低表面陷阱。自此，其他的电介质如SiO₂，Al₂O₃，Sc₂O₃，MgO/MgCaO，AlN等都被研究并表明能够降低电流崩塌效应。在所有的研究中，SiN是降低电流崩塌效应最典型的电介质。并且使用超过100nm厚的SiN钝化层实现了从C波段到K波段全部的功率性能。然而，在深亚微米领域，由于SiN的高介电常数，SiN钝化层增加了栅极寄生电容，会明显降低电流的截止频率。因此，如何能够抑制电流崩塌效应同时提高AlGaN/GaN HEMT的频率性能一直亟待解决。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种SiO₂/SiN双层钝化层T型栅AlGaN/GaNHEMT及制作方法。其主要特征是利用SiO₂/SiN双层钝化代替传统的SiN单层钝化。下层的SiN有助于降低表面陷阱，抑制电流崩塌效应；上层的SiO₂有助于降低栅极寄生电容，提高T型栅AlGaN/GaN HEMT的频率性能。用此方法制备SiO₂/SiN双层钝化T型栅AlGaN/GaN HEMT能够同时实现高频性能并抑制电流崩塌效应。 

为实现上述目的，本发明一种SiO₂/SiN双层钝化T型栅AlGaN/GaNHEMT，包括： 

一衬底，在衬底上依次生长GaN缓冲层、GaN本征层和AlGaN势垒层； 

源漏电极，该源漏电极制作在势垒层上面的两侧； 

一下钝化层，制作在源漏电极之间及势垒层的上面； 

一上钝化层，制作在源漏电极之间及下钝化层的上面； 

其中该下钝化层和上钝化层的中间有一条形栅槽； 

一栅电极，其断面为T形，制作在该下钝化层和上钝化层的条形栅槽内，栅电极上部高于上钝化层的表面。 

本发明的有益效果是： 

(1)本发明提出的双层钝化T型栅AlGaN/GaN HEMT的方法，与T型栅边缘接触的上层的SiO₂电介常数(ε≈3.9)小于SiN的电介常数(ε≈7)，这使得双层钝化比传统的SiN钝化有更低的栅极寄生电容，极大地提高了T型栅AlGaN/GaN HEMT的电流截止频率。