[发明专利]一种背面场板结构HEMT器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种HEMT器件，具体是涉及一种背面场板结构HEMT器件及其制备方法。

背景技术

为了便于与当前成熟的硅工艺兼容与集成，当前的HEMT（High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管）器件大多是基于硅（Si）衬底制备的。但是受限于巨大的热失配与晶格失配，Si衬底氮化镓（GaN）材料无可避免地面临着容易发生龟裂、缺陷密度高等问题。而且，由于Si材料的禁带宽度相对较窄，绝缘性较差，当电子器件在高场下工作时容易发生从衬底端击穿的现象，极大地限制了GaN基HEMT在高压下的应用。相对地，蓝宝石衬底上生长GaN材料具有晶格失配与热失配相对较小，制备得到的GaN材料结晶质量较高，而且蓝宝石衬底对于上层GaN施以压应力，能避免GaN材料发生龟裂。同时，蓝宝石衬底的绝缘性能远优于Si衬底。以上的优势使得蓝宝石衬底GaN材料在电子器件，特别是在高场下工作的电子器件方面有着更为宽广的应用前景。但是相比最高能达到2KV击穿电压的Si衬底GaN HEMT器件，目前在蓝宝石衬底上制备的器件的击穿电压相对较低（～900 V）。其中一个重要的原因是Si衬底作为一种可导电材料，起到背面场板的作用。追溯Si衬底GaN基电子器件的发展历程，场板结构的提出大幅提高了其耐压能力。在正反两面场板的作用下，击穿电压有了3倍的提高。由此可见，场板结构确实能显著提高器件的耐压特性。而生长于蓝宝石等绝缘衬底上的电子器件，由于缺少背面场板的作用，其击穿电压较低，制约了其在高压下的应用。为了提高HEMT器件的耐压特性，授权公告号为CN103730360B、CN103730492B与CN103715235B的专利提出了剥离衬底后在半导体层背面制备一层金属场板的技术方法。但是剥离衬底后在背面半导体镀上电极的HEMT器件，当工作于高电压下，容易发生从背面场板处击穿的现象，反而得不偿失。因此，我们需要寻找一种更为行之有效的提高HEMT器件耐压的方法。

此外，蓝宝石衬底作为一种绝缘材料虽然能避免在衬底端发生击穿的现象，但是蓝宝石衬底的热导率较低（～45 W/(m·K)），当器件工作于高电压或者高温环境下，散热成为一个重要的问题。因此，在利用蓝宝石等衬底绝缘优势的同时，需要解决其散热问题，以扩大蓝宝石等衬底HEMT器件的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种能有效改善电场分布，提高耐压特性，散热能力强，不会出现背面击穿现象的背面场板结构HEMT器件及其制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的背面场板结构HEMT器件，该HEMT器件为MIS结构HEMT器件或增强型HEMT器件，其特点是：该HEMT器件包括从下往上依次设置的背面场板、衬底、缓冲层、第一半导体层和第二半导体层，所述第二半导体层上设置有漏极和源极，所述第一半导体层与第二半导体层为异质结构且在两者的界面处形成有二维电子气沟道，所述漏极和源极与第二半导体层形成欧姆接触并通过所述二维电子气沟道相连接；其中，

当HEMT器件为MIS结构HEMT器件时，所述第二半导体层位于漏极与源极之间的表面上设置有一层栅极氧化层，所述栅极氧化层上设置有栅极；

当HEMT器件为增强型HEMT器件时，所述第二半导体层位于漏极与源极之间的表面上设置有栅极，且所述栅极与第二半导体层形成肖特基接触。

进一步的，所述背面场板为单层导热性较好的金属材料；或者，所述背面场板为双层或多层的高导热性金属材料。而且，所述双层或多层的高导热性金属材料的导热率往远离衬底方向递增。

进一步的，所述缓冲层为AlN缓冲层、GaN缓冲层或AlGaN缓冲层。所述第一半导体层为GaN层或AlGaN层。所述第二半导体层为AlGaN层、AlN层、AlInN层或AlInGaN层。

为了消除背部金属与栅极形成的电容效应，所述背面场板接入与栅极相同的控制信号。

本发明所述的背面场板结构HEMT器件的制备方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一：在选定的衬底的正面由下往上依次制备缓冲层、第一半导体层和第二半导体层，且制备的第一半导体层与第二半导体层为异质结构且在两者的界面处产生二维电子气沟道；

步骤二：在选定的衬底的背面制备背面场板；

步骤三：在第二半导体层上制备漏极和源极，且制备的漏极和源极与第二半导体层形成欧姆接触并通过所述二维电子气沟道相连接；