[發明專利]基于雙柵結構的半導體高電子遷移率晶體管

在審

• 申請號: 201710908767.8
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107887434A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 韓克鋒
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/423
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及半導體器件，尤其涉及一種基于雙柵結構的半導體高電子遷移率晶體管。

背景技術

相對于傳統的GaAs、InP HEMT/PHEMT器件，GaN HEMT具有更高的擊穿電壓和電流密度，在射頻應用中具有更高的功率密度和功率附加效率，因其功率、效率的顯著優勢，GaN HEMT在雷達收發陣列、電子戰、通信等多個領域迅速地取代傳統器件。然而，在GaN HEMT技術的應用中，其相對脆弱的柵肖特基結常常成為限制其性能的短板，如柵泄漏電流大、有限的柵壓擺幅以及結退化等。采用絕緣柵(MIS/MOS)代替肖特基柵可以實現對GaN HEMT柵電流的壓制、增大柵壓擺幅，從而實現性能更優異的微波功率器件——GaN MOSHEMT。然而在GaN MOSHEMT的研究實踐中，嚴重的電壓-電流遲滯特性阻礙了GaN MOSHEMT微波功率器件的實用性和工程化，其遲滯特性的本質是絕緣柵介質與半導體界面態充放電導致的器件柵延遲，其嚴重的柵延遲可以導致器件電流密度20％以上的遲滯量和數秒至數十秒的遲滯時間。針對GaN MOSHEMT界面態和電壓電流遲滯問題，雖然研究者嘗試了界面物理化學處理、新型絕緣柵介質、復合絕緣柵介質、采用低失配襯底提高外延質量等多種技術手段，但效果不佳，低遲滯、零遲滯的GaN MOSHEMT未見報道。

發明內容

發明目的：針對現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種能夠減少或者消除GaN MOSHEMT的電壓電流遲滯現象的基于雙柵結構的GaN高電子遷移率晶體管

技術方案：一種基于雙柵結構的半導體高電子遷移率晶體管，包括襯底、設于襯底上方的溝道層以及設于溝道層上方的勢壘層，所述襯底和溝道層之間，還包括緩沖層和成核層；在所述勢壘層的上方兩端分別設有源極和漏極，所述源極和漏極之間為絕緣柵介質，所述絕緣柵介質的上方設有遠柵極，所述絕緣柵介質和勢壘層之間設有近柵極；所述源極和遠柵極之間、遠柵極和漏極之間，均設有器件鈍化介質。所述遠柵極的近漏端超過近柵極的長度。

所述半導體高電子遷移率晶體管采用GAN、GaAs或者InP。

所述襯底選用SiC、Si或者藍寶石；所述勢壘層采用本征AlGaN或InAlN；所述絕緣柵介質根據介質介電強度和介電常數的要求采用HfO2、Al₂O₃或Si₃N₄；所述絕緣柵介質的淀積方式包括化學氣相淀積、磁控濺射、原子層淀積；所述遠柵極采用Au或Cu。所述近柵極采用Ni和Au兩層金屬；所述器件鈍化介質為Si₃N₄或者有機聚合物；優選的，所述有機聚合物為聚對二甲苯或者BCB。

工作原理：本發明的雙柵結構功率放大器件，采用特性良好的肖特基界面取代傳統結構中高界面態密度的柵介質半導體界面，達到減少或消除器件GaN MOSHEMT遲滯特性的效果，并采用絕緣柵介質隔離近柵極和遠柵極的雙柵結構抑制柵極電流。

有益效果：和現有技術相比，本發明具有如下顯著優勢：1、在特定應用情形下(微秒脈寬的脈沖工作的微波功率放大應用)，在抑制柵電流的同時能夠顯著減少甚至消除GaN MOSHEMT的電壓電流遲滯現象；2、器件結構緊湊，便于集成；3、成本低，便于推廣應用；4、能夠廣泛應用于通信、導航、識別、測控、廣播電視、遙感遙測、射電天文、預警探測、精密跟蹤、電子對抗、火控制導等領域。

附圖說明

圖1為雙柵結構GaN MOSHMET器件的截面結構示意圖；

圖2為GaN MOSHEMT傳統結構；

圖3為雙柵結構的柵結等效電路。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明的技術方案作進一步詳細說明。

如圖1所示為本發明的基于雙柵結構的GaN MOSHMET器件的截面結構示意圖；包括襯底101，溝道層102和勢壘層103，襯底101可以是SiC、Si或者藍寶石，溝道層102采用本征GaN或InGaN，襯底101與溝道層102之間的成核層、緩沖層未在圖中示出；勢壘層103采用本征AlGaN或InAlN。