[发明专利]基于高K材料的品型栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及制作方法

说明书

本发明公开了一种基于高K材料的品型栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及制备方法，该高电子迁移率晶体管包括衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入、AlGaN势垒层、源极、漏极和栅介质层，该栅介质层包括介电常数不同的第一介质材料层与第二介质材料层横向连接组成的界面过渡层和介电常数大于Al₂O₃的高K介质层。本发明采用了品型栅介质层结构，提高了栅介质层的介电常数，增强栅电容对沟道电子的控制力，有效减小了栅极泄漏电流；界面过渡层增加了栅介质与AlGaN势垒层的导带偏移量，改善了栅介质层与势垒层的界面质量，并且减小了采用高K材料作栅介质层带来的大的栅电容，使器件的频率特性提升，提高了器件的可靠性。

技术领域

本发明涉及宽禁带半导体技术领域，尤指一种基于高K材料的品型栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及制作方法。

背景技术

随着无线通信技术的发展，这对微波功率器件有了更高的要求。相比于其他材料，GaN的禁带宽度大，电子饱和速度高，热传导性好，非常适合于高温、高频、大功率的环境下使用。尤其是AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，在高频、大功率的应用领域已经取得了很大的发展。

但是传统的高电子迁移率晶体管(以下简称：HEMT)存在的栅极泄漏电流和电流崩塌现象严重影响了器件性能，限制了其的应用范围。引入MOS结构，一方面可以显著降低HEMT的栅极泄漏电流，提高器件饱和漏电流，但是栅控能力出现了下降；另一方面在AlGaN上生长一层高质量的栅介质可以起到钝化作用，从而降低电流崩塌效应。

随着器件工艺进入纳米级别，传统的MOS结构的栅介质SiO₂厚度和沟道长度都需按比例缩小，引起量子隧穿效应。选取高K材料作为器件的栅介质已经成为目前HEMT的发展趋势，高K介质在与SiO₂拥有同样栅控能力的情况下，其厚度远大于SiO₂、Si₃N₄等传统介质，有效地减小了栅泄漏电流。但是高K材料作为栅介质还是存在不少问题：高K材料直接与AlGaN势垒层相接触，由于其禁带宽度往往比较小而存在较小的导带不连续性，导致栅极泄漏电流依然存在，并且存在着导带偏移量低，界面质量低和界面态密度高等问题；同时高K材料作栅介质层又会引入大的栅电容，对器件的电流增益截止频率造成负面影响，影响器件特性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于高K材料的品型栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及制作方法，通过MOS结构降低漏电流，并采用高K材料作栅介质层，提高栅控能力的同时降低栅电容，提高器件的性能和可靠性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于高K材料的品型栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及制作方法；

其中，一种基于高K材料的品型栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，由下至上依次包括衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层、栅介质层和栅极，所述栅介质层由下至上依次包括介电常数不同的界面过渡层和高K介质层，所述界面过渡层包括介电常数不同的第一介质材料层和第二介质材料层，所述第一介质材料层与所述第二介质材料层横向连接，所述第一介质材料层一端连接有源极，所述第二介质材料层一端连接有漏极。

作为一种优选方案，所述的高K介质层由介电常数大于Al₂O₃介电常数的高K材料制成；该高K材料为HfO₂或La₂O₃或TiO₂或Ta₂O₅或者介电常数大于Al₂O₃的绝缘介质。