[实用新型]一种氮化镓高电子迁移率晶体管

说明书

一种氮化镓高电子迁移率晶体管，涉及半导体技术领域；包括HEMT外延片、源极、栅极和漏极，所述HEMT外延片顶部包括AlGaN势垒层和与AlGaN势垒层上表面连接的钝化层，所述源极和漏极分别穿过所述钝化层与AlGaN势垒层表面形成欧姆接触，所述栅极底部设有半圆弧形栅结构，所述栅极穿过所述钝化层且所述半圆弧形栅结构延伸至AlGaN势垒层内部形成肖特基接触。本实用新型的栅极底部设有半圆弧形栅结构，该半圆弧形栅结构的应用可降低了栅下及边缘处的电子浓度，缓解电场集中效应，提升器件的击穿电压；同时半圆弧状栅结构的引入减薄了势垒层的厚度，提升器件的栅控能力和响应速度，降低了噪声比。

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，具体涉及一种氮化镓高电子迁移率晶体管。

背景技术

随着微波射频技术的进一步的发展，面对高温、高压、大功率、高效率和超带宽等工作条件的提出，已有的Si基功率器件已不能满足相应的性能要求，为了适应对未来功率器件的发展需要，从二十世纪九十年代开始，微波功率器件的研究重心开始转向宽禁带半导体材料器件。

第三代半导体GaN具有禁带宽度大、击穿电压高、极化效应显著等特性，因此以AlGaN/GaN的HEMT器件(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)特别适用于高场条件下的高频大功率应用。

常规结构HEMT器件的栅极下的势垒层具有一定的厚度，虽然有利于增加2DEG的浓度，但过厚的势垒层对于栅极的控制能力来说是不利的，会限制器件的开关速度的提高和不利于降低噪声比。此外，常规结构的HEMT器件在关态高漏电压下，由于栅极偏漏极侧的电场集中效应，会在栅极边缘附近形成一个强的电场峰值。该电场峰值随漏电压的增加而增加，直至高于氮化镓的临界击穿电压，器件发生雪崩击穿而失效，其实际击穿电压远低于理论击穿电压，使GaN材料的高临界击穿电场的优势得不到充分的发挥。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种氮化镓高电子迁移率晶体管，其有效缓解栅极边缘附近的电场集中效应，提升器件的击穿电压，提升器件的栅控能力和响应速度，降低噪声比。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

一种氮化镓高电子迁移率晶体管，包括HEMT外延片、源极、栅极和漏极，所述HEMT外延片顶部包括AlGaN势垒层和与AlGaN势垒层上表面连接的钝化层，所述源极和漏极分别穿过所述钝化层与AlGaN势垒层表面形成欧姆接触，所述栅极底部设有半圆弧形栅结构，所述栅极穿过所述钝化层且所述半圆弧形栅结构延伸至AlGaN势垒层内部形成肖特基接触。

进一步地，所述钝化层将所述源极、栅极和漏极分别隔离。

进一步地，所述源极和漏极分别为Ti、Al、Ni和Au金属中的至少一种；所述栅极为Ni和/或Au金属。

进一步地，所述HEMT外延片包括自下而上依次层叠的衬底、成核层、缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层和钝化层。

进一步地，所述衬底为Si、SiC、GaN、蓝宝石和金刚石中的任一种。

进一步地，所述成核层为AlN层；

进一步地，所述缓冲层为GaN、AlGaN和InGaN中的一种或两种以上组合；优选地，其组合方式可以超晶格或交替堆叠；

进一步地，所述钝化层为Si₃N₄、AlN、SiO₂和Al₂O₃中任一种或两种以上组合；优选地，其组合方式可以超晶格或交替堆叠。

进一步地，所述成核层的厚度为1～5nm，所述缓冲层的厚度为2～4μm，所述GaN沟道层的厚度为0.1～0.2μm，所述AlGaN势垒层的厚度为0.02～0.03μm，所述钝化层的厚度为0.2～0.5um。