具有复合层结构的高压HEMT器件制造技术

本发明专利技术提供一种具有复合层结构的高压HEMT器件，包括：衬底、设置在衬底上的非故意掺杂的Al

【技术实现步骤摘要】
具有复合层结构的高压HEMT器件


[0001]本专利技术属于本专利技术属于半导体
，涉及一种高电子迁移率晶体管(HEMT)，具体涉及一种具有AlGaN/GaN/AlGaN复合层结构的高压HEMT器件。

技术介绍

[0002]在射频、功率集成电路领域，器件的频率、耐压、导通电阻等特性是决定电路特性的重要指标，目前随着功率集成电路的集成度不断提高，功率集成电路对电路及器件的各项特性的要求也越来越高。在射频功率器件中，由于HEMT(高电子迁移率晶体管)器件相比其它功率器件，具有大电流、耐高温、超高速、低功耗、低噪声的特点，极大的满足了超高速计算机及信号处理、卫星通信等用途上的特殊需求，受到业内人士的广泛关注。
[0003]对于传统的HEMT器件，其结构包括衬底、缓冲层、势垒层、栅极、源极以及漏极。HEMT器件工作时，异质结界面的二维电子气充当导电沟道，利用栅极电压对二维电子气的耗尽作用来控制沟道的开启和关闭。然而器件在工作状态下，栅极和漏极边缘形成的电场峰会降低器件的击穿电压，进而限制了HEMT器件的最大输出功率。目前主要的耐压技术有场板技术、降低表面电场技术(Reduced Surface Field,RESURF)、超晶格缓冲层技术、缓冲层掺碳技术等。这些技术有的会引入较大的寄生电容，有的工艺上实现难度较大。因此，针对上述技术问题，设计一种适用于GaN基器件的新型耐压结构十分必要。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中HEMT器件耐压结构的实现存在工艺难度大，对击穿电压的提升十分有限以及引入的寄生电容较大等问题，本专利技术提出了一种具有AlGaN/GaN/AlGaN复合层结构的高压HEMT器件。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：
[0006]一种具有复合层结构的高压HEMT器件，包括：衬底1、设置在衬底1上的非故意掺杂的Al
x
Ga1‑
x
N层2，0<x<1，设置在Al
x
Ga1‑
x
N层2上的非故意掺杂的GaN层3、设置在GaN层3表面上非故意掺杂的梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层4，x<y≤1，梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层4为从漏区向源区方向延伸的平行的Al
y
Ga1‑
y
N条状区域，这些条状区域在漏区及漂移区邻近漏区的部分连为一体，梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层4表面上设有源极5、漏极6和栅极7；
[0007]所述Al
x
Ga1‑
x
N层2、GaN层3以及梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层4均为镓面生长，在自发极化和压电极化效应综合作用下，所述Al
x
Ga1‑
x
N层2和GaN层3在其接触的界面处形成固定负电荷，未被梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层覆盖的GaN层8位于梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层4的条状区域间隙，所述固定负电荷在未被梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层覆盖的GaN层8下表面诱生二维空穴气9；在梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层4覆盖区域，所述梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层4和GaN层3在其接触的界面处形成固定正电荷，其面密度足够高使得其下方GaN层3下表面处的固定负电荷被补偿从而无法诱生二维空穴气，并且该固定正电荷同时在其覆盖的GaN层3上表面诱生二维电子气10作为所述HEMT器件的导电沟道；所述源极5与漏极6分别设置在所述梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层4两端且均与二维电子气10导电
沟道形成欧姆接触；所述栅极7位于所述源极5与漏极6之间，且所述栅极7与梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层4形成肖特基接触；未被梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层覆盖的GaN层8，其下表面的二维空穴气9与源极5进行电学连接，这种二维空穴气9与梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层4覆盖区域的二维电子气10形成超结。
[0008]作为优选方式，未被梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层覆盖的GaN层8表面上覆盖有绝缘介质11。
[0009]作为优选方式，栅极7右侧的绝缘介质11上方设有从漏区向源区方向延伸的场板12。超结与场板12联合使用。
[0010]本专利技术提供器件的工作原理为：
[0011]器件处于关断状态时，当漏极电压增大时，梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层4间隙中的未被梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层覆盖的GaN层8中的二维空穴气9与梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层4覆盖区域的二维电子气10会同时被逐渐耗尽。如果梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层4中的Al组分y适当，使得上述二维空穴气9与二维电子气10可以互相补偿对方电荷，可实现二维电子气10与二维空穴气9在某一足够高的漏压条件下同时被完全耗尽。这样，HEMT器件的源漏之间的漂移区中形成了一个较大的耗尽区，该耗尽区可以承受较高的电压，其直接结果是器件的耐压得到显著提高。由于上述二维空穴气9与二维电子气10所占据的平面区域不相互叠合，故不会形成典型的平板电容结构，从而所引入的寄生电容较小，从而器件获得较好的高频特性。
[0012]本专利技术的有益效果为：本专利技术提出的HEMT器件在保证高击穿电压的同时实现了较小的寄生电容，适用于对于输出功率和工作频率均有较高要求的应用领域。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例1提供的一种具有复合层结构的高压HEMT器件的结构示意图。
[0014]图2为本专利技术实施例2提供的一种具有复合层结构的高压HEMT器件的结构示意图。
[0015]图3为本专利技术图1的俯视图。
[0016]图4为本专利技术图2的俯视图。
[0017]图5为本专利技术提供的一种具有复合层结构的HEMT器件中梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层下的耗尽区向其周围间隙扩展并最终形成近似为矩形的大片耗尽区的结构的平面示意图。
[0018]图6为本专利技术提供的在衬底上表面镓面生长Al
x
Ga1‑
x
N层的立体结构示意图。
[0019]图7为本专利技术提供的在Al
x
Ga1‑
x
N层上表面镓面生长GaN层的立体结构示意图。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有复合层结构的高压HEMT器件，其特征在于包括：衬底(1)、设置在衬底(1)上的非故意掺杂的Al
x
Ga1‑
x
N层(2)，0<x<1，设置在Al
x
Ga1‑
x
N层(2)上的非故意掺杂的GaN层(3)、设置在GaN层(3)表面上非故意掺杂的梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层(4)，x<y≤1，梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层(4)为从漏区向源区方向延伸的平行的Al
y
Ga1‑
y
N条状区域，这些条状区域在漏区及漂移区邻近漏区的部分连为一体，梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层(4)表面上设有源极(5)、漏极(6)和栅极(7)；所述Al
x
Ga1‑
x
N层(2)、GaN层(3)以及梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层(4)均为镓面生长，在自发极化和压电极化效应综合作用下，所述Al
x
Ga1‑
x
N层(2)和GaN层(3)在其接触的界面处形成固定负电荷，未被梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层覆盖的GaN层(8)位于梳指状Al
y
Ga1‑
y
N层(4)的条状区域间隙，所述固定负电荷在未被梳指状Al
y
Ga1‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗谦，范镇，姜玄青，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：