[发明专利]一种具有多导电沟道及鳍式栅的增强型HEMT器件

说明书

本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种具有多导电沟道及鳍式栅的增强型HEMT器件。本发明主要特征在于：采用AlN/AlGaN/InAlN及GaN叠层结构形成多导电沟道，降低器件的正向导通电阻，提升正向电流能力；采用鳍式栅来控制多沟道的开关；同时，鳍式栅可以实现增强型且栅控能力较强，因此器件具有大跨导和小的亚阈区摆幅；在反向阻断时，鳍式栅可以减小泄漏电流，提升器件的阻断特性，器件具有较高的耐压。本发明的有益效果为，相对于传统增强型HEMT结构，本发明具有更低的正向导通电阻，更大的跨导及更小的亚阈值摆幅，同时具有更小的反向泄漏电流及更好的反向阻断特性。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种具有多导电沟道及鳍式栅的增强型HEMT(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)器件。

背景技术

基于GaN材料的HEMT在大电流、低功耗、高压开关器件应用领域具有广阔的应用前景。对于AlGaN/GaN HEMT器件而言，增强型(常关型)HEMT器件比耗尽型(常开型)HEMT器件具有更多的优势。凹槽栅刻蚀能够有效地耗尽栅极下方二维电子气浓度，极大地提高阈值电压，实现增强型器件。基于这种刻槽的思想，鳍式栅通过侧壁耗尽2DEG实现增强型，但其的槽结构占据了部分通路，会牺牲电流导通路径，严重影响器件的正向电流能力。

降低GaN HEMT器件的导通电阻和关态泄漏电流也是业界关注的问题之一。典型的GaN基电力电子器件都是采用二维电子气沟道导电，导通电流被限制在单个二维平面内，很难进一步减小导通电阻而降低器件导通损耗；多导电沟道是一种有效提升电流能力的方法，但是多沟道的有效栅控是难点。传统的P-GaN帽层及凹槽栅的耗尽作用局限在表面的二维电子气，无法有效耗尽深层导电沟道的二维电子气。

功率放大器的应用需要具有大跨导的器件来减小输入和输出之间的失真，传统的HEMT无法满足要求。鳍式栅结构具有良好的栅控能力，因而具有较大的跨导，可以满足应用的需求。

发明内容

本发明基于HEMT器件应用的需要，提出了一种具有多导电沟道及鳍式栅的增强型HEMT器件。通过引入多导电沟道来提高器件的电流能力，降低正向导通电阻。同时，通过鳍式栅来实现增强型并有效控制多沟道的开关，器件具有良好的栅控能力、小的亚阈区摆幅、大的跨导和好的阻断特性。

本发明的技术方案是

一种具有多导电沟道及鳍式栅的增强型HEMT器件，包括沿器件垂直方向自下而上依次层叠设置的衬底层1、GaN缓冲层2、势垒层3、沟道层4、AlGaN层5及顶部GaN层7，且势垒层3和沟道层4的组合重复层叠，重复次数为一次或多次；沿器件横向方向，所述的器件从一侧到另一侧依次具有漏极结构、鳍式栅结构和源极结构；

所述漏极结构沿器件垂直方向贯穿顶部GaN层7达AlGaN层5，由第一导电材料6构成；所述第一导电材料6上表面引出漏极；所述漏极结构为欧姆接触；

所述源极结构沿器件垂直方向贯穿顶部GaN层7达AlGaN层5，由第三导电材料8构成；所述第三导电材料8上表面引出源极；所述源极结构为欧姆接触；

所述器件横向方向和器件垂直方向相互垂直；

所述源、漏之间的器件上层，在纵向方向包含多个平行的槽，所述槽沿器件垂直方向从顶部GaN层7贯穿至GaN缓冲层2，槽底部与衬底层1不接触；所述鳍式栅结构在纵向上连续覆盖于多个平行的槽的底部、侧面以及相邻槽之间的表面，且其横向长度大于或等于槽的横向长度，由第二导电材料10构成；

所述器件纵向方向为同时与器件横向方向和器件垂直方向均垂直的第三维度方向。