[发明专利]三族氮化物高电子迁移率晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor，HEMT)，尤其涉及一种三族氮化物高电子迁移率晶体管。

背景技术

三族氮化物高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor，HEMT)与砷化镓高电子迁移率晶体管相较之下，具有相对较高的崩溃电压及转换速度。在高功率及高频应用领域，如无线装置中的集成电路，其为一重要组件。

一典型的氮化镓高电子迁移率晶体管如图1所示，包含一氮化镓缓冲层103，一与该氮化镓缓冲层103相邻的氮化铝镓(Al_xGa_1-xN)层105；该氮化镓缓冲层103硅生长于一基板101，其中，构成该基板101的材料选自由碳化硅(SiC)、硅(Si)及蓝宝石(sapphire)所组成的群组；介于缓冲层103及基板101之间可包含一用来减低此两层间晶格不匹配问题的成核层102。由张力所导致氮化铝镓层的压电极化与自发极化将使氮化铝镓层105在氮化铝镓层105与氮化镓缓冲层103间的接口产生极化电荷；然后该极化电荷于接口上感应产生二维电子气(two-dimensional electron gas，2DEG)104，并形成一导电通道。典型氮化铝镓(Al_xGa_1-xN)层105的铝含量x为介于0.1与0.4之间；因为氮化铝镓层105中之张力随着铝含量x增加而增加，当使用一高铝含量材质层时，将于界面通道中形成一较高密度的极化电电荷以及随之而来的更多二维电子气；然而，增加氮化铝镓层的铝含量将不可避免地增加接口上组成成份的变动，如此将加强载子于通道中的扩散，并因而降低二维电子气的电子迁移率；同时增加氮化铝镓层的铝含量亦将增加接触电阻值。因此，必须提供一种能提高二维电子气的电子迁移率及浓度，同时能保持低接触电阻值之氮化镓高电子迁移率晶体管结构。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种三族氮化物高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor，HEMT)，其中，于间格层与阻障层之间插入一单原子掺杂层(δ-doped layer)，使得接触电阻值能被降低，同时并能增强二维电子气效应。

为达上述目的，本发明提供一种三族氮化物高电子迁移率晶体管，依序包含一基板、一氮化镓缓冲层、一氮化镓通道层、一氮化铝间格层、一单原子掺杂层、一阻障层、以及一氮化镓覆盖层。

于实施时，构成上述基板的材料选自由碳化硅(SiC)、硅(Si)、氮化镓(GaN)及蓝宝石(sapphire)所组成的群组；构成上述阻障层的材料以氮化铝镓(Al_xGa_1-xN)层且该氮化铝镓中的铝含量x为0.1≤x≤0.4，或氮化铟铝(In_yAl_1-yN)且该氮化铟铝中的铟含量y为0.17≤y≤0.29为较佳。

于实施时，本发明的高电子迁移率晶体管结构可于该单原子掺杂层与该阻障层之间进一步包含复数层交替迭合的单原子掺杂层及n型均质掺杂层。若将一单原子掺杂层及一n型均质掺杂层视为一对，则高电子迁移率晶体管结构总共可包含N对单原子掺杂层及n型均质掺杂层，且1≤N≤5。

于实施时，上述单原子掺杂层的掺杂物以硅(Si)为较佳，而硅掺杂浓度以10¹⁷～10¹⁹cm^-3为较佳，且该单原子掺杂层的厚度以介于到为较佳。

于实施时，构成上述n型均质掺杂层的材料以氮化铝镓(Al_xGa_1-xN)且该氮化铝镓中的铝含量x为0.1≤x≤0.4，或氮化铟铝(In_yAl_1-yN)且该氮化铟铝中的铟含量y为0.17≤y≤0.29为较佳；该n型均质掺杂层的掺杂物以硅(Si)为较佳，而硅掺杂浓度以10¹⁷～10¹⁸cm^-3为较佳，且该n型均质掺杂层的厚度以介于到为较佳。

本发明的高电子迁移率晶体管结构能在维持低接触电阻的同时，提高电子迁移率以及二维电子气的浓度。

附图说明

图1为一先前技术中的高电子迁移率晶体管的剖面结构示意图；

图2A～图2E为本发明的高电子迁移率晶体管的剖面结构示意图；