[发明专利]基于InGaN双沟道异质结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于InGaN双沟道异质结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法，该方法包括：选取衬底层；在衬底层上生长成核层；在成核层上生长GaN缓冲层；在GaN缓冲层上生长第一InGaN沟道层；在第一InGaN沟道层上生长第一AlN插入层；在第一AlN插入层上生长第一InAlN势垒层；在第一InAlN势垒层上生长第二InGaN沟道层；在第二InGaN沟道层上生长第二AlN插入层；在第二AlN插入层上生长第二InAlN势垒层。本发明基于InGaN双沟道异质结构的高迁移率晶体管的制备方法，能够大幅度提升器件的工作线性度，克服了现有常规GaN双沟道技术对于器件线性度提升非常有限的缺点，从根本上提升了氮化物异质结构输运特性的理论极限。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种基于InGaN双沟道异质结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法。

背景技术

半导体晶体管是现代电子设备制造的基础，是现代电子产品的关键部件，广泛出现在现代电子系统中，为现代电子领域带来了革命性的变化。以GaN为代表的III族氮化物材料不仅具备禁带宽度大、击穿电场强度大、热导率高、电子饱和漂移速度大、吸收系数高、介电常数小等优势，还具有强烈的极化效应，因此GaN基异质结构界面处的沟道内会聚集浓度非常高的载流子。由于能带断续的限制作用，该类载流子的纵向运动受到抑制，称之为二维电子气(2DEG)。遵循准二维运动规律的2DEG，具有非常高的迁移率。因此，GaN基异质结构在制备高频、大功率电子器件方面具有巨大的优势和广阔的前景。

随着研究的深入和器件制备水平的提高，进一步提升GaN基电子器件的特性变得越来越困难，因此，需要探究和开发更为先进的异质结构材料体系，从根本上突破器件特性的理论极限，获得更为出色的器件结构。双沟道技术是提升GaN基电子器件特性理论极限的一个重要技术手段。目前双沟道异质结构均是基于常规GaN沟道材料来进行的。如附图1a所示，GaN双沟道HEMTs(High Electron Mobility Transistors，高电子迁移率晶体管)器件的跨导呈现明显的双峰特性，分别对应上下两个沟道的输运作用。然而，跨导结果中的两个峰位相距较远，且主峰过于陡峭，不能很好的与副峰形成强烈的耦合作用。因此，高跨导区域对应的栅压偏置范围并没有得到明显的扩展。也就是说，常规GaN双沟道技术对于器件线性度的提升非常有限。

综上所述，目前国内外对于双沟道HEMTs器件的研究均是基于常规GaN双沟道异质结构进行的，对于器件工作线性度的提升优势并未得到良好的发挥。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供了一种基于InGaN双沟道异质结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法，能够大幅度提升器件的工作线性度。

具体地，本发明实施例中提出的一种基于InGaN双沟道异质结构的HEMTs的制作方法，包括：

选取衬底层；

在所述衬底层上生长成核层；

在所述成核层上生长GaN缓冲层；

在所述GaN缓冲层上生长第一InGaN沟道层；

在所述第一InGaN沟道层上生长第一AlN插入层；

在所述第一AlN插入层上生长第一InAlN势垒层；

在所述第一InAlN势垒层上生长第二InGaN沟道层；

在所述第二InGaN沟道层上生长第二AlN插入层；

在所述第二AlN插入层上生长第二InAlN势垒层。

在本发明的一个实施例中，在所述成核层上生长GaN缓冲层，包括：

利用化学气相沉积法，在氢气、三甲基镓和氨气的环境氛围下，在所述成核层上生长GaN缓冲层，所述缓冲层的厚度0.5μm～2μm。