[實用新型]一種具有新型柵結構的柵控半導體器件

有效

• 申請號: 201320443130.3
• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN203351602U
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 王元剛;馮志紅;敦少博;呂元杰;房玉龍;顧國棟;宋旭波
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十三研究所
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L29/778
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 陸林生

技術領域

本實用新型涉及半導體高頻功率器件和高壓器件，特別涉及柵控半導體器件的高頻功率領域。

背景技術

肖特基柵的柵控能力較強，器件頻率特性較好，但是其柵漏電和擊穿特性較差，廣泛應用于微波領域；介質柵的柵漏電較小，擊穿特性較好，但是其柵控能力差，頻率特性較差，廣泛應用于高壓領域。

肖特基柵通過勢壘層直接控制溝道，對溝道的控制能力強，跨導較大，從而頻率特性較好，肖特基柵III族氮化物高電子遷移率晶體管（HEMT）結構如圖1所示。從文獻：M.A.Khan,?J.N.Kuznia,?D.T.Olson,?et?al.,?Microwave?performance?of?a?0.25mm?gate?AlGaN/GaN?heterostructure?field?effect?transistor,?Appl.Phs.Lett.,?1994,65(9):1121-1123?提出0.25mm柵長，截止頻率（fT）和最大振蕩頻率（fmax）分別為11GHz和35GHz的AlGaN/GaN?HEMT開始，各學者不斷縮小器件尺寸等優化寄生參量來提高AlGaN/GaN?HEMT頻率。追求頻率指標的器件結構都是應用肖特基柵控制溝道，文獻：K.Shinohara,?D.Regan,?A.Brown,?et?al.,?Self-Aligned-Gate?GaN-HEMTs?with?Heavily-Doped?n+-GaN?Ohmic?Contacts?to?2DEG,?IEDM.,?2012:?617-620?已將GaN基HEMT?f_T和f_max分別提高到了342?GHz和518GHz。

但是肖特基柵的柵泄露電流較大，擊穿特性差；引入介質柵是降低泄露電流的有效方法之一，介質柵HEMT結構如圖2所示。文獻：?1.8?kV?AlGaN/GaN?HEMTs?with?High-k/Oxide/SiN?MIS?Structure（Yagi?S,?Shimizu?M,?Okumura?H,?et?al,?2007?19th?International?Symposium?on?Power?Semiconductor?Devices?and?IC's?(ISPSD?'07),?261-264）分別以HfO₂/SiO₂/SiN和ZrO₂/SiO₂/SiN作為絕緣柵介質，將柵漏間距28mm的HMET擊穿電壓提高到了1.8kV和1.7kV。

但是，絕緣柵介質增加了柵到溝道的距離，跨導會降低，從而影響器件的頻率特性。

實用新型內容

為了緩解半導體器件擊穿電壓和頻率的矛盾關系，本實用新型提供了一種具有新型柵結構的柵控半導體器件，采用沿柵寬方向肖特基柵和介質柵交替出現的新型柵結構，利用介質柵降低泄露電流，同時利用肖特基柵提高柵控能力，從而提高了器件的整體性能。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為：一種具有新型柵結構的柵控半導體器件，自下而上包括襯底、中間層和柵結構，所述柵控半導體器件的柵結構沿柵寬方向由介質柵和肖特基柵交替連接組成；所述介質柵的數目n1和肖特基柵的數目n2均為大于等于1的整數。

所述介質柵的寬度d1范圍為：1nm≤d1≤10mm。

所述為肖特基柵的寬度d2范圍為：1nm≤d2≤10mm。

所述肖特基柵為平面柵或者凹槽柵，所述介質柵為平面柵或者凹槽柵。

各介質柵的柵介質的厚度h相等，且h大于0nm且小于等于1mm。

所述介質柵和肖特基柵所用金屬為相同金屬。

所述柵控半導體器件為Si柵控器件、III族氮化物柵控器件、GaAs柵控器件、金剛石柵控器件、石墨烯柵控器件、Ge柵控器件或InP柵控器件。

采用上述技術方案取得的技術進步為：本實用新型很好的解決了半導體器件擊穿電壓和工作頻率間的矛盾，在阻斷狀態下，利用介質柵減小柵泄露電流，提高器件的擊穿電壓；在工作狀態下，利用肖特基柵增加柵控能力，提高器件工作頻率；這樣器件的擊穿電壓和工作頻率同時被提高了，也就提高了器件的整體性能；本實用新型的制作工藝與常規介質柵工藝相同，只需改變刻蝕柵介質的光刻版，不增加工藝步驟和成本。

附圖說明

圖1為肖特基柵III族氮化物HEMT的結構示意圖；

圖2為介質柵III族氮化物HEMT的結構示意圖；