RU215756U1 - Гетероэпитаксиальная структура со сверхтонким барьерным слоем для нормально-закрытых транзисторов на основе соединений нитрида галлия алюминия - Google Patents
Гетероэпитаксиальная структура со сверхтонким барьерным слоем для нормально-закрытых транзисторов на основе соединений нитрида галлия алюминия Download PDFInfo
- Publication number
- RU215756U1 RU215756U1 RU2022119500U RU2022119500U RU215756U1 RU 215756 U1 RU215756 U1 RU 215756U1 RU 2022119500 U RU2022119500 U RU 2022119500U RU 2022119500 U RU2022119500 U RU 2022119500U RU 215756 U1 RU215756 U1 RU 215756U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- barrier layer
- layer
- aln
- heterostructure
- effect
- Prior art date
Links
- -1 ALUMINUM GALLIUM Chemical compound 0.000 title claims abstract description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title description 2
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910004541 SiN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000004059 degradation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract 2
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000000779 depleting Effects 0.000 claims 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 6
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N Silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229940091292 Alo Drugs 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000001654 Germ Layers Anatomy 0.000 description 1
- 101700073051 HEMT Proteins 0.000 description 1
- 102000014961 Protein Precursors Human genes 0.000 description 1
- 108010078762 Protein Precursors Proteins 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N Silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 description 1
- 230000000903 blocking Effects 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000678 plasma activation Methods 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N precursor Substances N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous Effects 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к полупроводниковым приборам, а именно к гетероэпитаксиальным структурам со сверхтонким барьерным слоем для нормально-закрытых полевых транзисторов на основе соединений нитрида галлия алюминия. Конструкция структуры включает последовательно расположенные подложку (лейкосапфир или карбид кремния), буферный слой на основе AlN, нелегированный активный слой на основе GaN, нелегированный барьерный слой на основе AlN, пассивирующий слой на основе SiN. Необходимо, чтобы толщина сверхтонкого барьерного слоя AlN составляла не менее 2 и не более 6 нанометров. При малой толщине барьерного слоя концентрация двумерных электронов в квантовой яме, образованной на гетерогранице активного слоя GaN и барьерного слоя AlN, может оказаться настолько низкой, что проводимость канала не обеспечит эффективность транзистора. Превышение необходимой толщины сверхтонкого барьерного слоя приведет к отсутствию эффекта нормально обедненного канала при формировании затвора либо к неупругой деформации (растрескиванию) гетероструктуры вследствие механических напряжений. Целесообразно формирование резкой гетерограницы между активным и барьерным слоями полупроводника с шероховатостью активного слоя менее 5 нм для обеспечения максимального тока, крутизны ВАХ, предельной частоты усиления формируемых на гетероэпитаксиальной структуре полевых транзисторов. Целесообразно выполнение процесса пассивации поверхности гетероструктуры в едином технологическом процессе получения гетероструктуры для предотвращения окисления барьерного слоя при попадании на атмосферу и, как следствие, деградации электрофизических свойств двумерного газа, а также для изменения спектра поверхностных состояний с целью снижения эффекта коллапса тока транзисторов, обусловленного эффектом возникновения виртуального затвора. Предлагаемый к правовой охране объект в своей основе использует идею обеднения канала за счет применения физических эффектов зонной инженерии, вызванных управлением изгибом энергетических зон вблизи поверхности гетероструктуры. Полезная модель позволяет обеднить канал транзистора без проведения дополнительных постростовых технологических операций травления барьерного слоя широкозонного полупроводника под затвором и без формирования дополнительного легированного акцепторной примесью слоя узкозонного полупроводника под затвором, приводящих к удорожанию конечной стоимости создания высоковольтных нитрид-галлиевых транзисторов и интегральных схем, построенных с их использованием. Предлагаемая полезная модель позволяет упростить технологический цикл создания нитрид-галлиевого полевого транзистора с высокой подвижностью электронов, снизить требуемые для этого материальные затраты, повысить надежность и эффективность мощных полевых транзисторов, в которых используется гетероструктура. 9 ил.
Description
В мировой практике понимание стратегического значения радиоэлектронных СВЧ и КВЧ компонентов для разработки перспективных и производства современных средств связи привело к введению жестких мер по контролю и ограничению экспортных поставок как собственно радиоэлектронной аппаратуры, так и СВЧ/КВЧ электронной компонентной базы (ЭКБ), необходимой для ее создания. Мировой уровень разработок и наличие независимого от импорта, отечественного производства компонентной базы радиоэлектроники сегодня является необходимым условием создания современных систем СВЧ/КВЧ связи.
Наиболее перспективными полупроводниковыми материалами, обеспечивающими создание нового поколения СВЧ/КВЧ ЭКБ являются гетероструктуры (ГЭС) с двумерным электронным газом на основе соединений типа А3 В5. Данные структуры обеспечивают высокую рабочую частоту, высокую выходную мощность и коэффициент полезного действия, а также компактность и надежность устройств СВЧ/КВЧ электроники, применяемых в современной аппаратуре связи и радиолокации (№2519054 кл. H01L 29/772 от 10.06.2014, №2534002 кл. H01L 29/772, В82В 1/00 от 27.11.2014, №2581726 кл. H01L 29/772 от 20.04.2016, №2646529 кл. H01L 29/772 от 05.03.2018). Наилучшие результаты прогнозируются и достигаются при использовании нитрида галлия, обеспечивая создание нормально-закрытых транзисторов с нормально обедненным каналом, интеграция которых позволит реализовывать схемы с беспрецедентно комбинацией частотных и мощностных характеристик.
Для создания транзистора с нормально обедненным каналом необходимо, чтобы в гетероструктуре уровень Ферми находился ниже дна квантовой ямы. Подобного эффекта можно достичь при формировании затвора, представляющего из себя барьер Шоттки, обеспечив геометрическую близость канала к поверхности ГЭС. Таким образом, ключевой проблемой конструирования транзисторных гетероструктур с двумерным электронным газом на основе GaN является выполнение широкозонного барьера, способного обеспечить появление двумерного газа в канале из-за разности в спонтанной и пьезоэлектрической поляризации материалов барьерного и активного слоев и его локализацию вблизи гетерограницы. Конструкция барьера во многом определяет значения концентрации и подвижности двумерных электронов. Эти параметры задают наиболее важные характеристики мощных полевых СВЧ/КВЧ и силовых транзисторов: выходную мощность, коэффициент полезного действия, крутизну проходной характеристики, коммутируемые напряжения, коммутируемые токи, частоту переключения и т.д.
Известна гетероэпитаксиальная структура для нормально-закрытых транзисторов, содержащая подложку сапфира, буферный слой на основе AlN, нелегированный активный слой на основе GaN, нелегированный барьерный слой на основе Alo.25Gao.75N [Saito W, Takada Y, Kuraguchi M, Tsuda K, and Omura I «Recessed gate structure approach toward normally off high-voltage AlGaN/GaN HEMT for power electronic applications» IEEE Transitions Electron Devices, 53 356, 2006]. Для реализации нормально-закрытого транзистора, используя в качестве механизма обеднения канала барьер Шоттки, применяется метод, основанный на уменьшении толщины барьерного слоя AlGaN под затвором (фиг. 1). Недостатком известного устройства является использование сухого травления для уменьшения толщины барьерного слоя AlGaN под затвором, что сопряжено с неточностью контроля толщины стравливаемого слоя, а также с повреждением поверхности в процессе ионного травления.
Известна гетероэпитаксиальная структура для нормально-закрытых транзисторов, содержащая подложку, буферный слой, нелегированный активный слой на основе GaN, нелегированный барьерный слой на основе Al0.25Ga0.75N, легированный акцепторной примесью слой на основе GaN [Greco G, Iucolano F and Roccaforte F «Review of technology for normally-HEMTs with p-GaN gate» Material Science in Semiconductor Proccessing 78 96, 2018] (фиг. 3). В известной ГЭС не требуется утонение барьерного слоя под затвором, однако, выполнение затвора с легированным слоем GaN, также включает процесс плазменного травления, что приводит к повреждению барьерного слоя и увеличивает поверхностный ток утечки, а также сопряжено с отработкой технологии выполнения структурно совершенного легированного слоя GaN над барьерным слоем AlGaN.
Общим недостатком известных гетероэпитаксиальных структур является сложная конструкция, требующая сложного, многоступенчатого технологического цикла создания транзистора, что приводит к удорожанию конечной стоимости создания нитрид-галлиевых полевых транзисторов и интегральных схем, построенных с их использованием.
Задачей полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков. Технический результат достигается в упрощении конструкции гетероэпитаксиальной структуры, что позволит оптимизировать технологический цикл создания нитрид-галлиевого полевого транзистора с высокой подвижностью электронов, и, как следствие, снизить требуемые для этого материальные затраты, а также в повышении надежности и эффективности мощных полевых транзисторов, в которых используется гетероструктура. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что гетероэпитаксиальная структура со сверхтонким барьерным слоем для нормально-закрытых полевых транзисторов на основе соединений нитрида галлия алюминия включает последовательно расположенные подложку (лейкосапфир или карбид кремния), буферный слой на основе AlN, нелегированный активный слой на основе GaN, нелегированный барьерный слой на основе AlN, пассивирующий слой на основе SiN. Необходимо, чтобы толщина сверхтонкого барьерного слоя A1N составляла не менее 2 и не более 6 нанометров. При малой толщине барьерного слоя концентрация двумерных электронов в квантовой яме, образованной на гетерогранице активного слоя GaN и барьерного слоя AlN, может оказаться настолько низкой, что проводимость канала не обеспечит эффективность транзистора. Превышение необходимой толщины сверхтонкого барьерного слоя приведет к отсутствию эффекта нормально обедненного канала при формировании затвора, либо к неупругой деформации (растрескиванию) гетероструктуры вследствие механических напряжений. Целесообразно формирование резкой гетерограницы между активным и барьерным слоями полупроводника с шероховатостью активного слоя менее 5 нм для обеспечения максимального тока, крутизны ВАХ, предельной частоты усиления формируемых на гетероэпитаксиальной структуре полевых транзисторов. Целесообразно выполнение процесса пассивации поверхности гетероструктуры в едином технологическом процессе получения гетероструктуры для предотвращения окисления барьерного слоя при попадании на атмосферу, и, как следствие, деградации электрофизических свойств двумерного газа, а также для изменения спектра поверхностных состояний с целью снижения эффекта коллапса тока транзисторов, обусловленного эффектом возникновения виртуального затвора.
На фиг. 1 приведены основные элементы конструкции известной ГЭС с уменьшенной толщиной барьерного слоя AlGaN под затвором.
На фиг. 2 показана зонная диаграмма известной ГЭС вблизи гетероперехода с двумерным электронным газом.
На фиг. 3 приведены основные элементы конструкции известной ГЭС с легированным акцепторной примесью слоем GaN под затвором.
На фиг. 4 показана зонная диаграмма известной ГЭС вблизи гетероперехода с двумерным электронным газом.
На фиг. 5 приведены основные элементы конструкции предлагаемой ГЭС со сверхтонким барьерным слоем AlN и пассивирующим слоем SiN, выполненном в едином технологическом процессе получения гетероструктуры.
На фиг. 6 показана зонная диаграмма полупроводников, составляющих предлагаемую структуру, после образования гетеропереходов с двумерным электронным газом.
На фиг. 7 показаны данные ВИМС исследований слоев GaN, выращенных в оптимальных условиях роста. Характерные уровни легирования фоновыми примесями No ~ 1.5×1017 см-3, Nc ~ 2.4×1017cm-3.
На фиг. 8 изображение поверхности 5×5 мкм2, полученное с помощью атомно-силового микроскопа (Z-шкала - 15 нм, шероховатость - 2 нм), активного слоя GaN, выполненного в оптимальных ростовых условиях.
На фиг. 9 ВАХ тестового полевого транзистора при разных напряжениях на затворе.
На чертежах и в тексте приняты следующие обозначения:
EC, EV, EF - соответственно, положения дна зоны проводимости, потолка валентной зоны и уровня Ферми в полупроводниках после образования гетероперехода;
2ДЭГ двумерный электронный газ;
IC - ток стока;
UСИ - напряжение сток-исток;
UЗИ - напряжение затвор-исток.
ГЭС изготавливают следующим образом:
1. SiN/AlN/GaN ГЭС выращивают методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) в установке типа Riber CBE-32N(P)/Compact-21T с твердотельными источниками галлия и алюминия и газообразного аммиака, как источника активного азота. ГЭС SiN/AlN/GaN для нормально-закрытых транзисторов также могут быть выращены методами МЛЭ с плазменной активацией азота (при возможности in situ пассивации в ростовой камере), или методом МОГФЭ.
2. ГЭС выполняют на подложках сапфира или карбида кремния ориентации (0001).
3. Буферный слой AlN на начальных этапах роста задает металлическую полярность всем последующим слоям ГЭС и определяет кристаллическое совершенство слоев, влияющих на электрофизические параметры транзисторов. Начальные этапы роста заключаются в формировании зародышевого слоя AlN на базовых подложках.
4. В случае выполнения ГЭС на подложке лейкосапфира важным технологическим приемом является процесс нитридизации, который определяет плотность инверсионных доменов и влияет на кристаллическое совершенство буферного слоя AlN. Процесс нитридизации заключается в экспонировании нагретой подложки сапфира при температуре 840°С, в процессе которого формируется зародышевый слой AlN. Важным критерием данного процесса является толщина зародышевого слоя, оптимальное значение которой составляет 0,5 нм. При превышении данного значения слои AlN характеризуются высокой плотностью инверсионных доменов, снижающих кристаллическое совершенство ГЭС, тем самым негативно влияя на электрофизические параметры проводящего слоя.
5. При выполнении ГЭС на подложках карбида кремния важным этапом является процесс предэпитаксиального отжига подложки при температуре 1000°С, обеспечивающий формирование сверхструктуры (√3×√3)R30°, свидетельствующей об обогащении поверхности атомами Si. Последующий рост буферного слоя AlN на такой поверхности позволяет выращивать слои металлической полярности.
6. ГЭС включает буферный слой AlN толщиной 300 нм, слой GaN толщиной 1500 нм и барьерный слой AlN толщиной не менее 2 и не более 6 нм.
7. Сверхтонкая пленка нитрида кремния 0,6 нм наносится на поверхность ГЭС непосредственно в камере роста установки МЛЭ. В качестве прекурсоров используют газы (моносилан и аммиак), которые разлагаются на поверхности AlN при температуре около 800°С. В случае роста ГЭС методом МЛЭ процесс формирования пассивирующего слоя SiN может осуществляться с использованием твердотельного источника кремния, выступающего в качестве альтернативы газовому источнику моносилана.
8. Рост активного слоя GaN производят при температуре 800°С и потоке аммиака 200 см3/мин.
Принцип достижения преимущества предлагаемой ГЭС.
Достижение преимущества предлагаемой ГЭС со сверхтонким барьером поясняется с помощью фиг. 4-9.
1. Выполнен барьерный слой AlN толщиной не менее 2 и не более 6 нм. При малой толщине барьерного слоя концентрация двумерных электронов в квантовой яме, образованной на гетерогранице активного слоя GaN и барьерного слоя AlN, может оказаться настолько низкой, что проводимость канала не обеспечит эффективность транзистора. Превышение необходимой толщины сверхтонкого барьерного слоя приведет к отсутствию эффекта нормально обедненного канала при формировании затвора, либо к неупругой деформации (растрескиванию) гетероструктуры вследствие механических напряжений.
2. Условия выполнения активного слоя GaN способствуют формированию слоев с высоким сопротивлением. Высокое сопротивление слоя GaN является необходимым критерием для получения транзисторов с высокими значениями пробивных напряжений. Высокое сопротивление слоя GaN в выбранных ростовых условиях достигается вследствие самокомпенсации фоновых примесей углерода и кислорода, без преднамеренного легирования слоев (фиг. 7). Использование данных условий роста позволяет выращивать слои GaN с гладкой морфологией поверхности со среднеквадратичной шероховатостью менее 5 нм, без наличия растравов на поверхности в местах выхода дислокаций. Шероховатость активного слоя менее 5 нм обеспечивает максимальный ток, крутизну ВАХ, предельную частоту усиления формируемых на гетероэпитаксиальной структуре полевых транзисторов.
3. Преимущество предлагаемой ГЭС со сверхтонким барьером заключается в отсутствии необходимости проводить дополнительные высокотехнологичные постростовые операции для обеднения канала транзистора, связанные с утонением барьерного слоя под затвором, или формированием дополнительного легированного акцепторной примесью слоя GaN, с последующим удалением в контактных областях Истока и Стока.
4. Эффект обеднения канала транзистора достигается после формирования металлического затвора, обусловленный появлением барьера Шоттки, который приводит к изгибу зон вверх барьерного слоя AlN на границе металл-полупроводник (фиг. 6). Из-за малой суммарной толщины пассивирующего слоя SiN и барьерного слоя AlN изгиба зон барьерного слоя AlN недостаточно для выполнения равновесного состояния, поэтому изгиб зон присутствует также в активном слое GaN.
5. Поверхностный изгиб зон в активном слое GaN приводит к поднятию квантовой ямы над уровнем Ферми, что вызывает обеднение канала без подачи запирающего напряжения на затвор.
6. Процесс пассивации поверхности гетероструктуры выполнен в едином технологическом процессе получения гетероструктуры, что позволило предотвратить окисление барьерного слоя при попадании на атмосферу, и, как следствие, деградацию электрофизических свойств двумерного газа, а также для изменить спектр поверхностных состояний с целью снижения эффекта коллапса тока транзисторов, обусловленного эффектом возникновения виртуального затвора.
7. В случае пост-ростового нанесения под область затвора дополнительного слоя диэлектрика, ГЭС может использоваться для изготовления нормально-открытых транзисторов, поскольку с увеличением толщины диэлектрика, изгиб зон при формировании барьера Шоттки не будет распространяться в область с каналом транзистора.
8. Технология выполнения предлагаемой ГЭС со сверхтонким барьером для нормально-закрытых транзисторов является законченной, с использованием выполненных слоев по предлагаемой к патентованию полезной модели, были изготовлены тестовые нормально-закрытые транзисторы. Из фиг. 9 видно, что при отсутствии отпирающего напряжения на затворе ток протекающий через тестовый транзистор при нулевом напряжении на затворе практически равен нулю, что свидетельствует о том, что тестовый транзистор сформированный на ГЭС SiN/AlN/GaN является нормально-закрытым.
Использование в мощных нитрид-галлиевых нормально-закрытых транзисторах и интегральных схемах, построенных с их использованием, такой гетероструктуры со сверхтонким барьерным слоем позволяет упростить технологический цикл создания полевого транзистора с высокой подвижностью электронов, снизить требуемые для этого материальные затраты, повысить надежность и эффективность мощных полевых транзисторов, в которых используется гетероструктура.
Охранный документ, в случае осуществления правовой охраны объекта, будет независимым от других охранных документов.
Claims (8)
1. Гетероэпитаксиальная структура со сверхтонким барьерным слоем для нормально-закрытых полевых транзисторов на основе соединений нитрида галлия алюминия, содержащая последовательно расположенные подложку лейкосапфир, буферный слой на основе AlN, нелегированный активный слой на основе GaN, нелегированный барьерный слой на основе AlN, пассивирующий слой на основе SiN, отличающаяся тем, что толщина сверхтонкого барьерного слоя AlN составляет не менее 2 и не более 6 нанометров.
2. Гетероэпитаксиальная структура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве барьерного слоя вместо твёрдого раствора AlGaN используется более широкозонный бинарный слой AlN малой толщины, при этом толщина барьерного слоя подобрана так, что концентрация двумерных электронов в квантовой яме, образованной на гетерогранице активного слоя узкозонного полупроводника и барьерного слоя широкозонного полупроводника, является достаточной для достижения необходимой проводимости в канале транзистора.
3. Гетероэпитаксиальная структура по п.2, отличающаяся тем, что толщина барьерного слоя подобрана так, чтобы обеспечить эффект нормально обеднённого канала при формировании затвора и при этом избежать неупругой деформации (растрескивания) гетероструктуры вследствие механических напряжений.
4. Гетероэпитаксиальная структура по п.1, отличающаяся тем, что процесс пассивации поверхности гетероструктуры выполнен в едином технологическом процессе получения ГЭС.
5. Гетероэпитаксиальная структура по п.4, отличающаяся тем, что процесс пассивации поверхности гетероструктуры выполнен с целью предотвращения окисления барьерного слоя AlN при попадании на атмосферу и, как следствие, деградации электрофизических свойств двумерного газа.
6. Гетероэпитаксиальная структура по п.5, отличающаяся тем, что процесс пассивации поверхности гетероструктуры приводит к изменению спектра поверхностных состояний для снижения эффекта коллапса тока транзисторов, обусловленного эффектом возникновения виртуального затвора.
7. Гетероэпитаксиальная структура по п.1, отличающаяся тем, что позволяет обеднить канал транзистора без проведения дополнительных пост-ростовых технологических операций травления барьерного слоя широкозонного полупроводника под затвором.
8. Гетероэпитаксиальная структура по п.1, отличающаяся тем, что позволяет обеднить канал транзистора без формирования дополнительного легированного акцепторной примесью слоя узкозонного полупроводника под затвором.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU215756U1 true RU215756U1 (ru) | 2022-12-26 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2431218C2 (ru) * | 2004-09-17 | 2011-10-10 | ОптоГан Ой | Полупроводниковая гетероструктура |
| RU2671312C2 (ru) * | 2016-01-26 | 2018-10-30 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (АО "НИИПП") | Способ изготовления высокочастотного полевого транзистора с дополнительным полевым электродом |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2431218C2 (ru) * | 2004-09-17 | 2011-10-10 | ОптоГан Ой | Полупроводниковая гетероструктура |
| RU2671312C2 (ru) * | 2016-01-26 | 2018-10-30 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (АО "НИИПП") | Способ изготовления высокочастотного полевого транзистора с дополнительным полевым электродом |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Широкозонные гетероструктуры (Al, Ga, In) N и приборы на их основе для миллиметрового диапазона длин волн. Электроник НТБ, 2011. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11322599B2 (en) | Enhancement mode III-nitride devices having an Al1-xSixO gate insulator | |
| US7709859B2 (en) | Cap layers including aluminum nitride for nitride-based transistors | |
| US7456443B2 (en) | Transistors having buried n-type and p-type regions beneath the source region | |
| JP5334149B2 (ja) | 窒化物半導体電界効果トランジスタ | |
| Egawa et al. | Characterizations of recessed gate AlGaN/GaN HEMTs on sapphire | |
| US8541816B2 (en) | III nitride electronic device and III nitride semiconductor epitaxial substrate | |
| TW201513342A (zh) | 半導體裝置及其製造方法 | |
| JP2011166067A (ja) | 窒化物半導体装置 | |
| Yang et al. | GaN vertical-channel junction field-effect transistors with regrown p-GaN by MOCVD | |
| JP2017157589A (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
| Zhou et al. | Normally-off β-Ga 2 O 3 power heterojunction field-effect-transistor realized by p-NiO and recessed-gate | |
| JP2003151996A (ja) | ２次元電子ガスを用いた電子デバイス | |
| JPH09307097A (ja) | 半導体装置 | |
| Alema et al. | Low resistance ohmic contact on epitaxial MOVPE grown β-Ga 2 O 3 and β-(Al x Ga 1− x) 2 O 3 films | |
| JP3709437B2 (ja) | ＧａＮ系ヘテロ接合電界効果トランジスタ及びその特性を制御する方法 | |
| CN113745332A (zh) | 基于铁电性ⅲ族氮化物极化反转的增强型高电子迁移率晶体管 | |
| US11049952B2 (en) | Integrated enhancement/depletion mode HEMT | |
| CN111799326B (zh) | 一种新型二维电子气浓度调控的晶体管结构及制作方法 | |
| CN112201689B (zh) | 基于ⅲ族氮化物异质结的场效应晶体管及其制备方法 | |
| RU215756U1 (ru) | Гетероэпитаксиальная структура со сверхтонким барьерным слоем для нормально-закрытых транзисторов на основе соединений нитрида галлия алюминия | |
| US10777654B2 (en) | Method for manufacturing nitrogen-face polarity gallium nitride epitaxial structure | |
| US11532739B2 (en) | Integrated enhancement/depletion mode HEMT and method for manufacturing the same | |
| Quan et al. | Fabrication of InAlGaN/GaN high electron mobility transistors on sapphire substrates by pulsed metal organic chemical vapor deposition | |
| Lu et al. | Novel Selective Area Recessed Regrowth-free Ohmic Contacts to High Al-content Barrier | |
| US20230207677A1 (en) | AlN CHANNEL HETEROSTRUCTURE FIELD EFFECT TRANSISTOR |