[发明专利]可降低导通电阻提高运行可靠性的GaN HEMT器件

说明书

本发明公开一种可降低导通电阻提高运行可靠性的GaN HEMT器件，与现有技术不同的是In_xAl_yGa_1‑x‑yN势垒层由矩阵排列的多个环组成，环的外侧是覆盖于沟道层上的源电极，环的内侧是覆盖于沟道层上的漏电极，在In_xAl_yGa_1‑x‑yN势垒层、源电极及漏电极上有第一介质钝化层，所述栅电极是位于第一介质钝化层上且置于源电极及漏电极之间的环形，栅电极的下部穿过第一介质钝化层至In_xAl_yGa_1‑x‑yN势垒层表面，在所述第一介质钝化层及栅电极的上表面覆有第二介质钝化层，在所述漏电极上有穿过第一介质钝化层及第二介质钝化层的通孔，在通孔内及第二介质钝化层上有扩展电极。

技术领域

本发明涉及一种GaN HEMT器件，尤其是一种可降低导通电阻提高运行可靠性的GaN HEMT器件。

背景技术

作为继第一代半导体硅（Si）和第二代半导体砷化镓（GaAs）之后的第三代半导体材料代表—氮化镓（GaN）具有独特的材料特性：宽禁带、耐高温、高电子浓度、高电子迁移率、高导热性等，GaN基高电子迁移率晶体管（HEMT）已广泛应用于微波通讯和电力电子转换等领域。GaN HEMT器件的导通电阻是影响器件性能的关键指标，如GaN HEMT器件的导通电阻大，在射频器件中体现为输出功率密度降低，在电力电子器件中体现为导通损耗增加从而影响电源转换效率，同时导通电阻大会导致器件发热量大，增加散热成本甚至影响器件可靠性，为此人们均致力于降低器件导通电阻。

GaN HEMT器件由下至上依次为衬底（硅、蓝宝石、碳化硅等）、Al_xGa_1-xN缓冲层、GaN或In GaN沟道层，在沟道层上有In_xAl_yGa_1-x-yN势垒层（可有GaN或SiN帽层覆盖其上）、源电极及漏电极，在In_xAl_yGa_1-x-yN势垒层上有介质钝化层，在介质钝化层上置有栅电极（栅本身和可能存在的栅电极场板），栅电极的下部穿过介质钝化层置于In_xAl_yGa_1-x-yN势垒层上。由于三族氮化物In_xAl_yGa_1-x-yN材料体系具有很强的极化效应，其极化系数随着Al组分的升高而增大，In_xAl_yGa_1-x-yN/GaN界面沟道中的二维电子气（2DEG）浓度亦随极化强度的升高而增大，当外延结构固定时，2DEG的浓度直接影响了GaN HEMT器件的外延导通电阻。现有GaNHEMT器件源电极及漏电极采用“两梳子对插”式的结构，以最大限度延长栅长，但是受器件尺寸及耐压等条件限制，单位面积栅长已经趋于极限，无法进一步降低外延导通电阻。由于栅长度的增加，厚度通常2~8um的源电极和漏电极长度则超过100mm，显然增加了金属电极导通电阻（至少接近GaN HEMT器件总电阻的20%）。另外，现有GaN HEMT器件的电极结构导致中直线位置与转角位置电场分布不一致，转角处易击穿；而且源电极和漏电极中各处的电流分布也不均匀，长条末端电阻显著增加，降低了器件运行的可靠性。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种可降低导通电阻提高运行可靠性的GaN HEMT器件。