[发明专利]氮化镓高电子移动率晶体管及其栅极结构

说明书

本发明提供一种氮化镓高电子移动率晶体管的栅极结构，包括一异质结构、一掺杂氮化镓层、一绝缘层、一未掺杂氮化镓层以及一栅极金属层。异质结构包括一信道层与位于所述信道层上的一阻障层。掺杂氮化镓层位于所述阻障层上，绝缘层则位于掺杂氮化镓层的顶部的两侧边，且未掺杂氮化镓层是位于掺杂氮化镓层与绝缘层之间。栅极金属层则位于掺杂氮化镓层上，并覆盖绝缘层与未掺杂氮化镓层。所述未掺杂氮化镓层能保护其下的掺杂氮化镓层，而绝缘层则具有防止栅极漏电的效果。

技术领域

本发明涉及一种高电子移动率晶体管的技术，尤其涉及一种氮化镓高电子移动率晶体管及其栅极结构。

背景技术

氮化镓高电子移动率晶体管(high electron mobility transistor，HEMT)是利用氮化铝镓(AlGaN)与氮化镓(GaN)的异质结构，于接面处会产生具有高平面电荷密度和高电子迁移率的二维电子气(two dimensional electron gas，2DEG)，因此适于高功率、高频率和高温度运作。

然而，具有高浓度2DEG的HEMT采用常关型(Normally-off)的电路设计，已发现这种氮化镓高电子移动率晶体管有栅极漏电的问题，导致晶体管的开关在不正常的操作下效能下降或是失效，使可靠度降低。

发明内容

本发明提供一种氮化镓高电子移动率晶体管及其栅极结构，能大幅降低栅极漏电。

本发明的氮化镓高电子移动率晶体管的栅极结构，包括一异质结构、一掺杂氮化镓层、一绝缘层、一未掺杂氮化镓层以及一栅极金属层。异质结构包括一信道层与位于所述信道层上的一阻障层(barrier layer)。掺杂氮化镓层位于所述阻障层上，绝缘层则位于掺杂氮化镓层的顶部的两侧边，且未掺杂氮化镓层是位于掺杂氮化镓层与绝缘层之间。栅极金属层则位于掺杂氮化镓层上，并覆盖绝缘层与未掺杂氮化镓层。

在本发明的一实施例中，上述未掺杂氮化镓层全面覆盖于所述掺杂氮化镓层上。

在本发明的另一实施例中，上述未掺杂氮化镓层覆盖部分所述掺杂氮化镓层，而使所述栅极金属层直接接触所述掺杂氮化镓层。

在本发明的一实施例中，上述掺杂氮化镓层可为p型氮化镓层或n型氮化镓层。

在本发明的一实施例中，上述绝缘层的材料例如氮化硅(Si₃N₄)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化硅(SiO₂)、氮化硼(BN)或氮化铝(AlN)。

在本发明的一实施例中，上述绝缘层的面积占所述掺杂氮化镓层的顶部的面积比例约在50％以下。

在本发明的一实施例中，上述掺杂氮化镓层的底部的面积可大于或等于所述顶部的面积。

在本发明的一实施例中，上述未掺杂氮化镓层的厚度例如小于200埃。

在本发明的一实施例中，上述栅极金属层的侧面可与上述绝缘层的侧面对齐。

在本发明的一实施例中，上述信道层的材料例如氮化镓(GaN)以及上述阻障层的材料例如氮化铝镓(AlGaN)。

本发明的氮化镓高电子移动率晶体管具有上述栅极结构。

基于上述，本发明通过设置于栅极金属层两侧底部的绝缘层，能阻隔栅极侧边的漏电流，并可于绝缘层与掺杂氮化镓层之间设置未掺杂氮化镓层，来保护掺杂氮化镓层，确保其功效。因此，本发明的栅极结构能提升氮化镓高电子移动率晶体管的可靠度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A是依照本发明的第一实施例的一种氮化镓高电子移动率晶体管的栅极结构的剖面示意图；