[发明专利]具有高电子迁移率异质结的电子元件

说明书

本发明涉及一种具有高电子迁移率异质结的电子元件(1)，所述电子元件包括：‑第一半导体材料层(12)和第二半导体材料层(13)的叠加，以便在第一和第二半导体层之间的界面附近形成电子气层(14)；和‑传导电极的第一和第二金属接触部(21、22)，其相对于电子气层垂直地形成在所述第二半导体材料层(13)上。所述第一和第二金属接触部中的至少一个具有接触长度L，使得L≤1.5*√(ρc/R2Deg)；其中ρc表示在425K温度下的所述金属接触部与电子气层的电阻率，其中R2Deg是在425K温度下电子气层中的方块电阻。

本发明涉及用于电力应用的具有高电子迁移率异质结的电子元件，并且具体地，涉及对这种类型的电子元件及其导通电流的优化。

现在许多电子应用的性能需要改进，特别是用于例如汽车和地面运输的车载电子设备、航空、医疗系统或家庭自动化解决方案。这些应用中的大多数需要在通常大于兆赫兹的频率范围下工作的高功率转换开关。

历史上，功率开关长期以来都采用基于半导体沟道(通常是硅)的场效应晶体管。对于较低的频率，结型晶体管是首选的，因为结型晶体管能适应较高的电流密度。然而，由于这种晶体管具有相对有限的击穿电压，电力应用需要使用大量串联的晶体管或更长的晶体管，从而产生更高的接触电阻。在稳态和切换时，通过这些串联晶体管的损耗是相当大的。

功率开关的替代方案，特别是高频的功率开关的替代方案是使用HEMT晶体管。这种类型的晶体管包括具有不同带隙的两个叠加的半导体材料层，这些带隙在它们的界面处形成量子阱。电子被限制在该量子阱中以形成二维电子气。由于耐高电压和温度特性，选择这些晶体管以便具有较宽的带隙。

特别地，HEMT晶体管通常由叠加的半导体材料层形成，该半导体材料由III族元素的氮化物的二元或三元合金(例如AlGaN、InAlN、GaN、AlN等)形成。在这些半导体材料层间的界面附近形成电子气层。

在大多数配置中，这种类型的晶体管包括金属源电极和与电子气层垂直的金属漏电极。这些电极形成HEMT晶体管的电流通路。栅电极形成在源电极和漏电极之间，并且以本身已知的方式控制在源电极和漏电极之间的电子气层中通过的电流。

对于中间电压电平(通常在100和1200伏之间)，源/漏电极之间的线性接触电阻是决定性参数，其可以限制HEMT晶体管的导通电流。线性接触电阻(单位为ohm.cm)，表示为Rc，其代表几个不同参数的集合：

-接触部分固有性能，其由特定接触电阻表示，表示为ρc(以ohm.cm²表示，针对于元件的给定工作温度Tm)。特定接触电阻代表在金属电极和电子气之间的界面处的垂直电子传输的质量。ρc取决于电极的制造技术。例如，对于硅上GaN型晶体管技术，ρc为10^-5ohm.cm²；

-传输长度LT(针对于给定的工作温度Tm)，其代表接触部分的有用长度，用来保证从电极到电子气层的最佳电流分布；

-长度L(对于给定工作温度Tm)，称为电极的开口；

-电子气层的方块电阻(或层电阻)R2Deg(针对于给定的工作温度Tm)。

电极或欧姆接触电阻Rc的所谓TLM模型表示如下(Rc是线性接触电阻，在此表示为ohm.mm，对应于标准化为接触宽度W的总接触电阻)：

Rc＝(coth(L/LT))^＊√(ρc^＊R2Deg)

LT＝√(ρc/R2Deg)

可以进行以下近似：

如果LLT，Rc≈ρc/LT

如果LLT，Rc≈ρc/L