CN209747519U - 高电子迁移率晶体管器件 - Google Patents
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Abstract
一种高电子迁移率晶体管器件，由下而上依序包含硅基板、晶种层(nucleation layer)、缓冲层、第一氮化镓层、第二氮化镓层、阻障层及覆盖层，其特征在于，阻障层为氮化铝铟(AlyIn1‑ yN)，据此，利用具有高阻障能带的氮化铝铟(AlyIn1‑yN)取代现有技术中阻障能带低的氮化镓铝(AlGaN)，可以使二维电子气密度增加，使得二维电子气浓度上升，减少二维电子气通道所处接口的缺陷能量，以降低组件操作时的启动电阻(Ron)，进而达到节能的目的。
Description
技术领域
本实用新型关于一种半导体技术领域，特别是关于高电子迁移率晶体管器件。
背景技术
在现有技术中，以氮化镓基为基材来形成高电子迁移率晶体管的外延结构由下而上包括有晶种层(nucleation layer)、缓冲层(buffer layer)、C-氮化镓层、i-氮化镓层、氮化镓铝(AlGaN)阻障层及覆盖层(cap layer)，其中高电子迁移率的达成与上述结构中的i-氮化镓及氮化镓铝(AlGaN)之间的接口质量及阻障能带高度(barrier energy gapheight)有关。当缺陷愈少的时候，阻障能带高度愈高，则可以得到愈高的二维电子质量。
目前经常使用的阻障层材料为氮化镓铝(AlxGa1-xN)，其中x为0.2-0.3，而氮化镓铝阻障层与氮化镓通道层(即i-GaN)之间有晶格不匹配的问题存在，且在两种材料之间的交界处容易产生缺陷，此缺陷会影响电子迁移率，并且会降低二维电子气浓度以及增加高电子迁移率晶体管启动时的电阻值，使得整个高电子迁移率晶体管器件在操作时消耗相当大的能量。
实用新型内容
根据现有技术中所揭露的问题，本实用新型主要的目的是利用具有高阻障能带高度(barrier energy band height)的氮化铝铟(AlyIn1-yN)来取代现有技术所使用的氮化镓铝(AlxGa1-xN)，使得二维电子气附近的界面能带弯曲更剧烈，使得二维电子气浓度上升，减少二维电子气通道所处接口的缺陷能量。
本实用新型的另一目的在于，具有高阻障能带高度(barrier energy bandheight)的氮化铝铟(AlyIn1-yN)与第二氮化镓层之间有较佳的晶格匹配度，因此降低了由于晶格不匹配所产生的缺陷，而得到较高的电子迁移率。
本实用新型的另一目的在于，利用阻障能带高的氮化铝铟(AlyIn1-yN)来取代现有阻障能带低的氮化镓铝(AlGaN)做为阻障层，由于氮化铝铟的阻障能带较高，可以使二维电子气密度增加，以降低组件操作时的启动电阻(Ron)，进而达到节能的效果。
根据上述目的，本实用新型提供一种高电子迁移率晶体管器件，由下而上依序包含硅基板、晶种层(nucleation layer)、缓冲层、第一氮化镓层、第二氮化镓层、阻障层及覆盖层，其特征在于，阻障层为氮化铝铟(AlyIn1-yN)，据此，利用具有高阻障能带的氮化铝铟(AlyIn1-yN)取代现有技术中阻障能带低的氮化镓铝(AlxGa1-xN)，可以使二维电子气密度增加，使得二维电子气浓度上升，减少二维电子气通道所处接口的缺陷能量，以降低组件操作时的启动电阻(Ron)，进而达到节能的目的。
附图说明
图1是根据本实用新型所揭露的技术，表示利用高阻障能带做为阻障层的高电子迁移率晶体管器件的截面示意图。
图2是根据本实用新型所揭露的技术，表示材料能隙对应晶格常数图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术特征及优点，能更为相关技术领域人员所了解，并得以实施本实用新型，在此配合所附的图式、具体阐明本实用新型的技术特征与实施方式，并列举较佳实施例进一步说明。以下文中所对照的图式，为表达与本实用新型特征有关的示意，并未亦不需要依据实际情形完整绘制。而关于本案实施方式的说明中涉及本领域技术人员所熟知的技术内容，亦不再加以陈述。
请先参考图1。图1是表示本实用新型所揭露的高电子迁移率晶体管器件的截面示意图。在图1中，由图面的下方依序往上分别是硅基板10、晶种层(nucleation layer)12、缓冲层14、第一氮化镓层16、第二氮化镓层18、阻障层(barrier layer)20及覆盖层(caplayer)22，其中硅基板10为(111)硅基板，晶种层12的材料为氮化铝(AlN)、缓冲层14可以是单层缓冲层、多层缓冲层或是超晶格结构，其材料可以是氮化镓铝(AlGaN)，缓冲层14的目的是为了应力控制以及氮化镓晶体的质量提升、第一氮化镓层16的材料为碳掺杂(carbon-doped的氮化镓以下称为C-氮化镓(C-GaN、第二氮化镓层18的材料为本质氮化镓(intrinsic GaN)以下称为i-氮化镓(i-GaN)、阻障层(barrier layer)20的材料为氮化铝铟(AlyIn1-yN)及覆盖层(cap layer)22的材料是氮化镓，上述晶种层12、缓冲层14，第一氮化镓层16、第二氮化镓层18、阻障层20及覆盖层22分别是以磊晶成长的方式依序由下往上成长在(111)硅基板10上，其中上述各层的形成方式和功能为现有技术且也不是本实用新型的技术特征，所以详细的技术方案不在此陈述。
接着请参考图2。图2是表示材料能隙对应晶格常数图。由图2中是将本实用新型所采用的以具有高阻障能带的氮化铝铟(AlyIn1-yN)，其中y为0.8-0.9，与目前现有技术中常使用做为阻障层的氮化镓铝(AlxGa1-xN)，其中x为0.2-0.3，来比较。
由图2中可以得知，氮化镓与氮化镓铝之间的能隙(band gap)小于氮化镓与氮化铝铟之间的能隙，很明显的在氮化镓与氮化镓铝之间由于晶格不匹配而造成在材料的交界处产生缺陷，影响电子迁移率而降低了整个能隙。也就是说，在氮化镓与氮化铝铟之间的晶格彼此匹配，使得二维电子气附近的界面的能隙弯曲更剧烈，导致二维电子气浓度上升，据此，高电子迁移率晶体管器件在操作时的启动电阻值下降，可以节省能耗。
另外，由图2中也可以得到氮化铝铟的晶格常数很接近氮化镓，这也证明了，使用氮化铝铟做为阻障层20的材料不会与第二氮化镓层18之间有晶格常数不匹配的缺陷发生，亦不会在两层(20/18)之间的界面产生错位缺陷而影响高电子迁移率晶体管器件的操作表现。
Claims (7)
1.一种高电子迁移率晶体管器件，由下而上依序包含硅基板、晶种层(nucleationlayer)、缓冲层、第一氮化镓层、第二氮化镓层、阻障层及覆盖层，其特征在于，所述阻障层为氮化铝铟。
2.如权利要求1所述的高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，所述晶种层为氮化铝(AlN)。
3.如权利要求1所述的高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，所述第一氮化镓层为C-氮化镓(C-GaN)。
4.如权利要求1所述的高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，所述第二氮化镓层为i-氮化镓(i-GaN)。
5.如权利要求1所述的高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，所述覆盖层为氮化镓(GaN)。
6.如权利要求1所述的高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，所述缓冲层可以是单层缓冲层、多层缓冲层或是超晶格结构。
7.如权利要求1或6所述的高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，所述缓冲层可以是氮化镓铝(AlGaN)。
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2018
- 2018-12-03 CN CN201822016567.4U patent/CN209747519U/zh active Active
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