CN108493245B - 一种常闭型氮化镓hemt器件 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种常闭型氮化镓HEMT器件，包括异质结构和与所述异质结构连接的源极、漏极和栅极，所述异质结构包括：作为沟道层的第一半导体层；所述第一半导体层上形成有作为势垒层的第二半导体层；所述第二半导体层和所述栅极之间形成有p型半导体层，所述第一半导体层和所述第二半导体层之间形成有二维电子气，所述二维电子气在所述p型半导体层正下方消失；所述异质结构上表面沉积有作为钝化层的介电层，其中，所述二维电子气常存在的区域的正上方的介电层中注入有预选定的金属离子。利用本申请中各个实施例，可以有效提高常闭型HEMT器件的二维电子气密度。
Description
技术领域
本申请涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种常闭型氮化镓HEMT器件。
背景技术
由于氮化镓HEMT（High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管）的沟道层和势垒层之间二维电子气的存在，导致氮化镓HEMT是一种常开型器件。
为了实现所述氮化镓HEMT器件的常闭性，即只有在栅极存在正向偏压时导通。现有技术中通常在势垒层的顶端设置一层p型半导体，但是为了实现合理的正向栅极偏压，需要通过减小势垒层的厚度或者Al的含量来实现初始二维电子气的平衡。这样就会导致这种常闭型HEMT器件的输出电流强度较小，小于常开型器件。
现有技术中至少存在如下问题：常闭型氮化镓HEMT器件的输出电流强度较小，小于常开型器件。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种常闭型氮化镓HEMT器件，以提高常闭型HEMT器件的输出电流的强度。
本申请实施例提供一种常闭型氮化镓HEMT器件是这样实现的：
一种常闭型氮化镓HEMT器件，包括异质结构和与所述异质结构连接的源极、漏极和栅极，所述异质结构包括：
作为沟道层的第一半导体层；
所述第一半导体层上形成有作为势垒层的第二半导体层；
所述第二半导体层和所述栅极之间形成有p型半导体层，所述第一半导体层和所述第二半导体层之间形成有二维电子气，所述二维电子气在所述p型半导体层正下方消失；
所述异质结构上表面沉积有作为钝化层的介电层，其中，所述二维电子气常存在的区域的正上方的介电层中注入有预选定的金属离子。
优选实施例中，所述介电层覆盖所述异质结构上表面，以及覆盖所述栅极的侧面和上表面，其中，所述源极和所述漏极均不被所述介电层覆盖。
优选实施例中，所述器件还包括衬底，所述衬底和所述异质结构之间还分布设置有缓冲层。
优选实施例中，所述p型半导体层的组成材料包括p型氮化镓或p型氮化铝镓或p型氮化铟镓。
优选实施例中，所述介电层的组成材料包括金属氧化物。
优选实施例中，所述第一半导体层的材料组成包括氮化镓，所述第二半导体层的材料组成包括氮化铝镓。
优选实施例中，所述缓冲层的组成材料包括氮化镓或氮化铝镓。
优选实施例中，所述源极和所述漏极与所述第二半导体层之间形成欧姆接触。
优选实施例中，所述衬底的组成材料包括硅、蓝宝石、碳化硅、氮化镓、氮化铝中的任意一种或两种以上的组合。
优选实施例中，所述介电层的组成材料还包括SiNx或SiOx。
利用本申请实施例提供的一种常闭型氮化镓HEMT器件，通过在作为势垒层的所述第二半导体层上沉积形成的介电层，可以提供表面钝化从而抑制电流崩塌效应的同时，由于所述介电层中存在正电荷，还可以使二维电子气的密度提高，二维电子气的密度可以恢复至接近常开型的HEMT器件，从而可以提高所述器件的输出电流。通过在所述二维电子气常存在的区域的正上方的介电层中注入的带有正电荷的金属离子，可以进一步增强所述二维电子气的密度，从而进一步提高所述器件的输出电流。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个实施例提供的一种常闭型氮化镓HEMT器件的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种常闭型氮化镓HEMT器件。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
图1是本申请所述一种常闭型氮化镓HEMT器件一种实施例的结构示意图。虽然本申请提供了如下述实施例或附图所示的器件结构，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述器件中可以包括更多或者更少的组成部分。在逻辑性上不存在必要因果关系的结构中，这些器件的结构不限于本申请实施例或附图所示的结构。
具体的，如图1所述，本申请提供的一种常闭型氮化镓HEMT器件的一种实施例可以包括异质结构和与所述异质结构连接的源极201、漏极202和栅极203，所述异质结构包括：
作为沟道层的第一半导体层101；
所述第一半导体层101上形成有作为势垒层的第二半导体层102；
所述第二半导体层102和所述栅极203之间形成有p型半导体层3，所述第一半导体层101和所述第二半导体层102之间形成有二维电子气4，所述二维电子气4在所述p型半导体层3正下方消失；
所述异质结构上表面沉积有作为钝化层的介电层5，其中，所述二维电子气常存在的区域的正上方的介电层5中注入有预选定的金属离子6。
本例中，所述介电层5的组成材料可以是金属氧化物，也可以是SiNx或者SiOx。
如图1所示，虚线部分表示所述二维电子气4存在的区域，由于所述p型半导体层3的存在而产生的内建电场，导致所述p型半导体层3正下方的区域内的二维电子气不存在，这样就可以实现所述HEMT器件的常闭。
本例中，所述第一半导体层101的材料组成可以是氮化镓，所述第二半导体层102的材料组成可以是氮化铝镓。
本例中，作为势垒层的第二半导体层2的厚度或/和Al的含量较之于常开型HEMT器件的势垒层的厚度或/和Al的含量更小。从而可以实现初始二维电子气密度的减小从而实现二维电子气的平衡。
图1中，所述p型半导体层3的组成材料是p型氮化镓，在本申请其他实施例中，所述p型半导体层3的组成材料也可以是p型氮化镓或p型氮化铝镓或p型氮化铟镓等p型半导体材料。
如图1所示，本例中，所述介电层5覆盖所述异质结构的第二半导体层102的上表面，以及覆盖所述栅极203的侧面和上表面，其中，所述源极201和所述漏极203均不被所述介电层5覆盖。
本例中，如图1所示，图中箭头表示所述金属离子6的注入方向，本例中，所述金属离子注入在二维电子气4存在的区域的正上方的介电层5中，即二维电子气需要恢复的区域。其中箭头对应的是金属离子6的注入方向，金属离子6是被注入到所述介电层5中的。
本例中，所述器件还可以包括衬底7，所述衬底7和所述异质结构之间还分布设置有缓冲层8。其中，所述缓冲层8的组成材料可以包括氮化镓或氮化铝镓或者两者混合。所述衬底7的组成材料可以包括硅、蓝宝石、碳化硅、氮化镓、氮化铝中的任意一种或两种以上的组合。
本例中，所述源极201和所述漏极202与所述第二半导体层102之间形成欧姆接触。
利用上述实施例提供的一种常闭型氮化镓HEMT器件的实施方式，通过在作为势垒层的所述第二半导体层上沉积形成的介电层，可以提供表面钝化从而抑制电流崩塌效应的同时，由于所述介电层中存在正电荷，还可以使二维电子气的密度提高，二维电子气的密度可以恢复至接近常开型的HEMT器件，从而可以提高所述器件的输出电流。通过在所述二维电子气常存在的区域的正上方的介电层中注入的带有正电荷的金属离子，可以进一步增强所述二维电子气的密度，降低导通电阻，从而进一步提高所述器件的输出电流。
表1中提供了本申请一个实例中得到的沉积钝化层前后的HEMT器件的二维电子气阻抗、二维电子气的密度、二维电子气迁移率的测试结果对比。
表1
| 80纳米低压化学沉积氮化硅钝化层 | 二维电子气阻抗(Ω) | 二维电子气的密度(e/cm2) | 二维电子气迁移率(cm2/V ▪s) |
| 钝化前(霍尔测试) | 2570 | 2.7×1012 | 869 |
| 钝化后(霍尔测试) | 334 | 9.5×1012 | 1980 |
| 钝化后(转移长度法测试) | 325 | --- | --- |
如表1中所示，经过沉积80纳米的氮化硅介电层后，得到的HEMT器件的二维电子气阻抗明显减小，二维电子气的密度和迁移率都得到明显的提高。说明本申请提供的实施方式可以有效提高常闭型HEMT器件的二维电子气的密度。
本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。
Claims (7)
1.一种常闭型氮化镓HEMT器件，包括异质结构和与所述异质结构连接的源极、漏极和栅极，其特征在于，所述异质结构包括：
作为沟道层的第一半导体层；
所述第一半导体层上形成有作为势垒层的第二半导体层；
所述第二半导体层和所述栅极之间形成有p型半导体层，所述第一半导体层和所述第二半导体层之间形成有二维电子气，所述二维电子气在所述p型半导体层正下方消失；
所述异质结构上表面沉积有作为钝化层的介电层，其中，所述二维电子气常存在的区域的正上方的介电层中注入有预选定的金属离子；
所述介电层覆盖所述异质结构上表面，以及覆盖所述栅极的侧面和上表面，其中，所述源极和所述漏极均不被所述介电层覆盖；
所述介电层的组成材料包括金属氧化物或SiNx或SiOx。
2.如权利要求1所述的一种常闭型氮化镓HEMT器件，其特征在于，所述器件还包括衬底，所述衬底和所述异质结构之间还分布设置有缓冲层。
3.如权利要求1所述的一种常闭型氮化镓HEMT器件，其特征在于，所述p型半导体层的组成材料包括p型氮化镓或p型氮化铝镓或p型氮化铟镓。
4.如权利要求1所述的一种常闭型氮化镓HEMT器件，其特征在于，所述第一半导体层的材料组成包括氮化镓，所述第二半导体层的材料组成包括氮化铝镓。
5.如权利要求2所述的一种常闭型氮化镓HEMT器件，其特征在于，所述缓冲层的组成材料包括氮化镓或氮化铝镓。
6.如权利要求1所述的一种常闭型氮化镓HEMT器件，其特征在于，所述源极和所述漏极与所述第二半导体层之间形成欧姆接触。
7.如权利要求2所述的一种常闭型氮化镓HEMT器件，其特征在于，所述衬底的组成材料包括硅、蓝宝石、碳化硅、氮化镓、氮化铝中的任意一种或两种以上的组合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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