阅读说明：本技术 一种增强型GaN基高电子迁移率晶体管材料结构 (Enhanced GaN-based high electron mobility transistor material structure ) 是由 王晓亮 李百泉 肖红领 冯春 姜丽娟 殷海波 李天运 邱爱芹 介芳 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种增强型GaN基高电子迁移率晶体管材料结构,所述晶体管材料结构从下至上依次包括：衬底、成核层、缓冲层、氮化镓沟道层、氮化铝插入层、铝镓氮势垒层和铟镓氮盖帽层。本发明在AlGaN/GaN异质结上增加一InGaN帽层,利用InGaN相对于AlGaN反的极化作用,从而在InGaN/AlGaN界面处形成负的极化电荷,而抬高AlGaN/GaN界面处的导带底位置,实现增强型器件用外延材料。(The invention discloses an enhanced GaN-based high electron mobility transistor material structure, which sequentially comprises the following components from bottom to top: the device comprises a substrate, a nucleation layer, a buffer layer, a gallium nitride channel layer, an aluminum nitride insertion layer, an aluminum gallium nitride barrier layer and an indium gallium nitride cap layer. According to the invention, an InGaN cap layer is added on the AlGaN/GaN heterojunction, and negative polarization charges are formed at an InGaN/AlGaN interface by utilizing the polarization action of InGaN opposite to AlGaN, so that the position of the bottom of a conduction band at the AlGaN/GaN interface is raised, and the epitaxial material for the enhanced device is realized.)

一种增强型GaN基高电子迁移率晶体管材料结构

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种增强型GaN基高电子迁移率晶体管材料结构。

背景技术

氮化镓作为第三代半导体材料的典型代表，具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、击穿电压高和化学性质稳定及抗辐射性强高等特点，特别适合制备具备高温、高频、大功率和抗辐照特性的晶体管，在雷达、卫星通信、航空航天、石油勘探、汽车电子、自动化控制等领域具有广阔的应用前景。

氮化镓基异质结场效应晶体管的工作原理：由于组成异质结的两种材料禁带宽度不同，在异质结界面处形成了势阱和势垒，由于极化效应或调制掺杂产生的自由电子，积累在非掺杂的氮化镓层靠近界面的三角形势阱中，形成二维电子气。将这种异质结构材料研制成场效应晶体管器件，通过栅压可以调控器件的截至和饱和，实现开关功能。但通常情况下,这种器件为耗尽型器件，增加负栅压时，耗尽层加深，沟道电子密度慢慢减小直到全部耗尽，器件实现截止关闭功能。相比于耗尽型器件，增强型器件可以简化栅极驱动电路，实现更加安全的开关电路。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种增强型GaN基高电子迁移率晶体管材料结构，其利用铟镓氮盖帽层耗尽GaN基高电子迁移率晶体管沟道中的二维电子气，实现增强型GaN基高电子迁移率晶体管材料结构研制。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种增强型GaN基高电子迁移率晶体管材料结构，所述晶体管材料结构从下至上依次包括：衬底、成核层、缓冲层、氮化镓沟道层、氮化铝***层、铝镓氮势垒层和铟镓氮盖帽层。

进一步，所述氮化镓沟道层的厚度为50-200 nm；所述氮化铝***层的厚度为0.5-5 nm。

进一步，所述铝镓氮势垒层的材料为Al_xGa_1-xN，其中0.1≤x≤1，其厚度为5-50nm。

进一步，所述缓冲层的材料为Al_yGa_1-yN，其中0≤y<0.10，厚度为0.5-5 µm。

进一步，所述成核层的材料是GaN或者AlN，厚度为0.01-0.50 µm。

进一步，所述衬底的材质为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓、氮化铝的任一种。

进一步，所述铟镓氮盖帽层的厚度为1-50 nm。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明在AlGaN/GaN异质结上增加一InGaN帽层，利用InGaN相对于AlGaN反的极化作用，从而在InGaN/AlGaN界面处形成负的极化电荷，而抬高AlGaN/GaN界面处的导带底位置，实现增强型器件用外延材料。

附图说明

图1为本发明增强型GaN基高电子迁移率晶体管材料结构的结构示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

如图1所示，本发明提供了一种增强型GaN基高电子迁移率晶体管材料结构，该晶体管材料结构从下至上依次包括：衬底、成核层、缓冲层、氮化镓沟道层、氮化铝***层、铝镓氮势垒层和铟镓氮盖帽层。

本申请的氮化镓沟道层的厚度为50-200 nm；氮化铝***层的厚度为0.5-5 nm。

铝镓氮势垒层的材料为Al_xGa_1-xN，其中0.1≤x≤1，其厚度为5-50 nm。

缓冲层的材料为Al_yGa_1-yN，其中0≤y<0.10，厚度为0.5-5 µm。

成核层的材料是GaN或者AlN，厚度为0.01-0.50 µm。

衬底的材质为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓、氮化铝的任一种。

铟镓氮盖帽层的厚度为1-50 nm；本发明利用铟镓氮盖帽层耗尽GaN基高电子迁移率晶体管沟道中的二维电子气，实现增强型GaN基高电子迁移率晶体管材料结构研制。

上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。