[發明專利]可降低導通電阻提高運行可靠性的GaN HEMT器件

在審

• 申請號: 201810433273.3
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN108493233A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 任永碩;王榮華
• 申請（專利權）人: 大連芯冠科技有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/417;H01L29/423;H01L29/778
• 代理公司: 大連非凡專利事務所 21220
• 代理人: 閃紅霞

本發明公開一種可降低導通電阻提高運行可靠性的GaN HEMT器件，與現有技術不同的是In_xAl_yGa_1?x?yN勢壘層由矩陣排列的多個環組成，環的外側是覆蓋于溝道層上的源電極，環的內側是覆蓋于溝道層上的漏電極，在In_xAl_yGa_1?x?yN勢壘層、源電極及漏電極上有第一介質鈍化層，所述柵電極是位于第一介質鈍化層上且置于源電極及漏電極之間的環形，柵電極的下部穿過第一介質鈍化層至In_xAl_yGa_1?x?yN勢壘層表面，在所述第一介質鈍化層及柵電極的上表面覆有第二介質鈍化層，在所述漏電極上有穿過第一介質鈍化層及第二介質鈍化層的通孔，在通孔內及第二介質鈍化層上有擴展電極。

技術領域

本發明涉及一種GaN HEMT器件，尤其是一種可降低導通電阻提高運行可靠性的GaN HEMT器件。

背景技術

作為繼第一代半導體硅（Si）和第二代半導體砷化鎵（GaAs）之后的第三代半導體材料代表—氮化鎵（GaN）具有獨特的材料特性：寬禁帶、耐高溫、高電子濃度、高電子遷移率、高導熱性等，GaN基高電子遷移率晶體管（HEMT）已廣泛應用于微波通訊和電力電子轉換等領域。GaN HEMT器件的導通電阻是影響器件性能的關鍵指標，如GaN HEMT器件的導通電阻大，在射頻器件中體現為輸出功率密度降低，在電力電子器件中體現為導通損耗增加從而影響電源轉換效率，同時導通電阻大會導致器件發熱量大，增加散熱成本甚至影響器件可靠性，為此人們均致力于降低器件導通電阻。

GaN HEMT器件由下至上依次為襯底（硅、藍寶石、碳化硅等）、Al_xGa_1-xN緩沖層、GaN或In GaN溝道層，在溝道層上有In_xAl_yGa_1-x-yN勢壘層（可有GaN或SiN帽層覆蓋其上）、源電極及漏電極，在In_xAl_yGa_1-x-yN勢壘層上有介質鈍化層，在介質鈍化層上置有柵電極（柵本身和可能存在的柵電極場板），柵電極的下部穿過介質鈍化層置于In_xAl_yGa_1-x-yN勢壘層上。由于三族氮化物In_xAl_yGa_1-x-yN材料體系具有很強的極化效應，其極化系數隨著Al組分的升高而增大，In_xAl_yGa_1-x-yN/GaN界面溝道中的二維電子氣（2DEG）濃度亦隨極化強度的升高而增大，當外延結構固定時，2DEG的濃度直接影響了GaN HEMT器件的外延導通電阻。現有GaNHEMT器件源電極及漏電極采用“兩梳子對插”式的結構，以最大限度延長柵長，但是受器件尺寸及耐壓等條件限制，單位面積柵長已經趨于極限，無法進一步降低外延導通電阻。由于柵長度的增加，厚度通常2~8um的源電極和漏電極長度則超過100mm，顯然增加了金屬電極導通電阻（至少接近GaN HEMT器件總電阻的20%）。另外，現有GaN HEMT器件的電極結構導致中直線位置與轉角位置電場分布不一致，轉角處易擊穿；而且源電極和漏電極中各處的電流分布也不均勻，長條末端電阻顯著增加，降低了器件運行的可靠性。

發明內容

本發明是為了解決現有技術所存在的上述技術問題，提供一種可降低導通電阻提高運行可靠性的GaN HEMT器件。