一种双叠层MOS-HEMT的制作方法

本实用新型涉及高电子移动率晶体管(HEMT)领域，尤其涉及一种双叠层MOS-HEMT。

背景技术：

高电子移动率晶体管(High electron mobility transistor,HEMT)，也称调变掺杂场效应管 (modulation-doped FET,MODFET)是场效应晶体管的一种，它使用两种具有不同能隙的材料形成异质结构，为载子提供通道。而近年来发展的氮化镓高电子移动率晶体管则凭借其良好的高频特性吸引了大量关注。高电子移动率晶体管可以在极高频下工作，因此在移动电话、卫星电视和雷达中应用广泛。

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)具有高频率、高温操作、高功率、宽能隙、高电场、高导热、高电子饱和速度以及高二维电子云浓度的特性，二维电子气(Two-dimensional electron gas,2DEG)是指电子气可以自由在二维方向移动，而在第三维上受到限制的现象。III 族氮化物异质结构具有较大的自发性极化与压电效应，此异质结构沿着极性方向生长，在 AlGaN/GaN的界面上形成三角形量子阱，也就是二维电子云(2DEG)。它是许多场效应器件 (例如MOSFET、HEMT)工作的基础。氮化镓高电子迁移率晶体管可以应用于电源开关，高频率，高电流操作的应用。

可是现有AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)存在F-N穿隧(Fowler-Nordheim Tunneling)现象-电子容易从硅或门极金属的表面穿隧到氧化层的导电带上，形成栅极漏电流；尤其是薄膜厚度在几奈米以下时，穿透的机率将会大增。另外一种直接穿隧(direct tunneling) 的现象是随着组件尺寸的微缩，使得氧化层厚度(gate oxide thickness)也越做越薄，当栅极氧化层厚度小于4nm，在一个薄氧化层的组件上，施加一个较大的栅极偏压Vg，因此不论是正电压还是负电压，都容易会造成基板(或金属电极)的电子直接穿隧到金属电极(或基板)的导电带，形成栅极漏电流，进而增加组件功率散逸及降低组件的稳定性。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的是提供一种稳定性好的防栅极漏电流的HEMT。

本实用新型所采用的技术方案是：一种双叠层MOS-HEMT，包括从下至上依次层叠设置的衬底、缓冲层以及GaN层，所述GaN层的上表面从左到右有依次设置有第一n型重参杂氮化镓层、AlGaN层、第二n型重参杂氮化镓层，所述第一n型重参杂氮化镓层的上表面设置有源极，所述第二n型重参杂氮化镓层的上表面设置有漏极，所述AlGaN层的上表面从下至上依次层叠设置有介电层和绝缘层，所述绝缘层上设有栅极，所述栅极贯穿绝缘层，并延伸至所述介电层，所述介电层为High-k材料。

进一步，所述绝缘层的材料为SiN。

进一步，所述介电层使用原子层沉积形成。

进一步，所述介电层的材料为HfO2、MgO、TiO2、Ga2O3、旋涂式介电材料、拓扑绝缘体中的任意一种。

进一步，所述缓冲层的材料为AlN或低温GaN。

进一步，所述AlGaN层的厚度小于25nm。

本实用新型的有益效果是：通过绝缘层防止穿隧电流，并搭配high k材料制成的介电层可以更促进组件特性减少衬底漏电流，从而减少组件功率散逸及，提高组件的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的立面剖视图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，一种双叠层MOS-HEMT，包括从下至上依次层叠设置的衬底1、缓冲层2 以及GaN层3，所述GaN层3的上表面从左到右有依次设置有第一n型重参杂氮化镓层4、 AlGaN层5、第二n型重参杂氮化镓层6，所述第一n型重参杂氮化镓层4的上表面设置有源极7，所述第二n型重参杂氮化镓层6的上表面设置有漏极8，所述AlGaN层5的上表面从下至上依次层叠设置有介电层9和绝缘层10，所述绝缘层10上设有栅极11，所述栅极11 贯穿绝缘层10，并延伸至所述介电层9，所述介电层9为High-k材料。优选的，所述绝缘层10的材料为SiN，所述缓冲层2的材料为AlN或低温GaN，所述AlGaN层5的厚度小于25nm。

GaN层3与AlGaN层5形成异质结，形成三角形量子阱，也就是二维电子云(2DEG)，源极7和漏极8分别通过第一n型重参杂氮化镓层4和第二n型重参杂氮化镓层6与二维电子云直接接触，可显著增强MOS-HEMT的DC和RF特性，栅极11与二维电子云之间的介电层9可防止穿隧现象，介电层9为High-k材料通常用空气当参考点，其K值为1。所以K值越高，抑制栅极电子直接穿隧到金属电极(或基板)的导电带，防止栅极漏电流的能力越强，进而减少组件功率散逸及提高组件的稳定性，使得晶体管能够正确的切换于”开”或”关”状态。栅极11与源极7和漏极8之间隔离有绝缘层10，具有抑制栅极11到源极7和漏极8的漏电流。

作为优选的实施方式，本方案中，介电层9的材料可以是HfO2、MgO、TiO2、Ga2O3、旋涂式介电材料或拓扑绝缘体中的一种。

(1)介电层采用氧化镁MgO氧化物层可有效的降低氧化物层和GaN陷阱密度， MOS-HEMT与传统的HEMT做比较，在组件崩溃电流的部分比较低，也能够降低源极及汲极之间的漏电流与表面陷阱，改善直流与射频特性。

(2)氧化钛TiO2的物理与化学稳定性佳、氧化能力强、成本便宜取得容易及无毒等优点，因此相比其他高介电材料，以TiO2的应用及研究较为广泛。

(3)介电层采用超薄HfO2(3nm)/Al2O3(2nm)二氧化铪/三氧化二铝的堆栈结构，也可达到具有到最小化电流崩溃和栅极漏电流。可以是一个非常有效的方法来增加电容密度。以传统HEMT结构与增加HfO2介电层HEMT比较，在传统结构上只成长Al2O3(在栅极下方介电层)和改良结构以HfO2和Al2O3堆栈成长，两者比较，在特性上。改良结构有最好的BVGD(崩溃电压)&VON数值，提升Ids电流，因为栅极介电层堆栈结构可以有效减少表面缺陷和表面泄漏电流通过，因此在Al2O3上成长HfO2的方法，其中Al2O3形成良好的保护层，而HfO2可以进一步抑制从栅极信道以热电子发射和穿隧行为注入的载子

(4)介电层采用旋涂式介电材料(spin on dielectrics)，可达到具有到最小化电流崩溃和栅极漏电流并节省成本。

(5)介电层采用electron-beam-evaporated(电子束蒸镀)的Ga2O3，也可以搭配使用Al2O3 /Ga2O3堆栈结构达到具有到最小化电流崩溃和栅极漏电流。

高介电常数氧化层无法由硅基板直接热氧化成长，因此制作方式决定了介电层的质量与性质。作为优选的实施方式，所述介电层9使用原子层沉积形成，将High-k材料以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。