级联增强型HEMT器件制造技术

本发明专利技术公开了一种级联增强型HEMT器件，包括主要由第一、二半导体组成的异质结构，第一、二栅电极，第一、二源电极以及第一、二漏电极；第一栅电极设于第一源、漏电极之间，第二栅电极设于第二源、漏电极之间，第一源、漏电极之间和第二源、漏电极之间还分别经形成于异质结构内的二维电子气连接，并且第一、漏、栅电极和第二、漏、栅电极分别与异质结构组成增强型HEMT单元和耗尽型HEMT单元，第二源电极与第一漏电极电连接，第二栅电极与第一源电极电连接。本发明专利技术通过将低压E-Mode HEMT与高压D-Mode HEMT连接而实现了低压E-Mode HEMT在高压下工作的目的，有效提高了器件可靠性，并且制程与传统HEMT制程兼容，具有工艺简单，重复性高，成本低廉，易于进行大规模生产等特点。

Cascaded enhanced HEMT device

The invention discloses a cascade of enhanced HEMT devices, including the heterogeneous structure mainly consists of the first and two semiconductor components, the first and the two gate electrode, the first and the two source electrode and the first and two drain electrode; a first gate electrode is arranged between the first source and drain electrodes, second gate electrode is arranged on the second source and drain electrodes. The source and drain electrodes between the first and second source and drain electrodes respectively between the two-dimensional electron gas formed in a heterogeneous structure within the connection, and the first drain and gate electrode and gate electrode second, leakage, and heterogeneous structure respectively enhanced HEMT unit and depleted HEMT unit second, the source electrode and the first electrode leakage connect the second gate electrode and the source electrode is electrically connected to the first. The low voltage and high voltage D-Mode HEMT E-Mode HEMT connection and a low pressure E-Mode HEMT working under high pressure to improve the reliability of the device, and the process is compatible with the traditional HEMT process, has the advantages of simple process, high repeatability, low cost, easy mass production.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件，特别涉及一种通过将低压增强型HEMT与高压耗尽型HEMT进行电学连接而实现的可在高压下工作的低压增强型HEMT器件，属于微电子工艺领域。
技术介绍
HEMT器件是充分利用半导体的异质结结构形成的二维电子气而制成的。与Ⅲ-Ⅵ族(如AlGaAs/GaAsHEMT)相比，Ⅲ族氮化物半导体由于压电极化和自发极化效应，在异质结构上(Heterostructure，如AlGaN/GaN)，能够形成高浓度的二维电子气。所以在使用Ⅲ族氮化物制成的HEMT器件中，势垒层一般不需要进行掺杂。Ⅲ族氮化物具有大的禁带宽度、较高的饱和电子漂移速度、高的临界击穿电场和极强的抗辐射能力等特点，能够满下一代电力电子系统对功率器件更大功率、更高频率、更小体积和更高温度的工作的要求。现有的Ⅲ族氮化物半导体HEMT器件作为高频器件或者高压大功率开关器件使用时，特别是作为功率开关器件时，增强型(E-mode)HEMT器件与耗尽型(D-mode，depletion-mode)HEMT器件相比有助于提高系统的安全性、降低器件的损耗和简化设计电路。目前实现增强型HEMT主要的方法有薄的势垒层、凹栅结构、P型盖帽层和F处理等技术，但这些技术都存在自身的不足。以及，在将耗尽型HEMT器件转变成增强型HEMT的过程中，器件的可靠性和耐压特性会受到很大影响，难以满足实际应用的需求。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提出一种级联(Cascade)增强型HEMT器件，从而克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：在一些实施例中提供了一种级联增强型HEMT器件，包括主要由第一半导体和第二半导体组成的异质结构，第一、第二栅电极，第一、第二源电极以及第一、第二漏电极，其中第二半导体形成于第一半导体表面，并具有宽于第一半导体的带隙，第一栅电极设于第一源电极与第一漏电极之间，第二栅电极设于第二源电极与第二漏电极之间，第一源电极与第一漏电极之间和第二源电极与第二漏电极之间还分别经形成于异质结构内的二维电子气连接，并且第一源电极、第一漏电极以及第一栅电极与所述异质结构组成增强型HEMT单元，第二源电极、第二漏电极以及第二栅电极与所述异质结构组成耗尽型HEMT单元，第二源电极与第一漏电极电连接，第二栅电极与第一源电极电连接。在一些较为优选的实施例中，所述级联增强型HEMT器件具有三端器件结构，该三端分别为第一栅电极、第一源电极和第二漏电极。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：通过将低压增强型HEMT与高压耗尽型HEMT进行电学连接而实现了低压增强型HEMT器件在高压下工作的目的，可以有效提高器件的可靠性，并且整个器件的制作过程与传统HEMT器件制作工艺兼容，具有工艺简单，重复性高，成本低廉，易于进行大规模生产等特点。下文将对本专利技术的技术方案作更为详尽的解释说明。但是，应当理解，在本专利技术范围内，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1是普通耗尽型GaNHEMT器件的局部结构示意图；图2是普通增强型GaNHEMT器件的局部结构示意图；图3是本专利技术一典型实施方案采用Cascade结构的原理示意图；图4是本专利技术一典型实施方案采用CascadeGaNHEMT结构示意图；图5是本专利技术一典型实施方案采用CascadeGaNMISHEMT结构示意图；图6是本专利技术一典型实施方案一种三端CascadeGaNMISHEMT的形成原理图；附图标记说明：衬底1、氮化镓2、氮化铝3、势垒层4、增强型栅电极5、互联金属6、二维电子气7、增强型源电极8、耗尽型栅电极9、耗尽型漏电极10、栅介质11、增强型漏电极12、耗尽型源电极13。具体实施方式如前所述，鉴于现有技术的诸多不足，本案专利技术人经过长期而深入的研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，详见下文。本专利技术主要涉及了一种级联增强型HEMT器件，包括主要由第一半导体和第二半导体组成的异质结构，其中第二半导体形成于第一半导体表面，并具有宽于第一半导体的带隙；进一步的，其还包括第一、第二栅电极，第一、第二源电极以及第一、第二漏电极，第一栅电极设于第一源电极与第一漏电极之间，第二栅电极设于第二源电极与第二漏电极之间，第一源电极与第一漏电极之间和第二源电极与第二漏电极之间还分别经形成于异质结构内的二维电子气连接，并且第一源电极、第一漏电极以及第一栅电极与所述异质结构组成增强型HEMT单元，第二源电极、第二漏电极以及第二栅电极与所述异质结构组成耗尽型HEMT单元，第二源电极与第一漏电极电连接，第二栅电极与第一源电极电连接。在一些较为优选的实施例中，所述增强型HEMT单元和耗尽型HEMT单元均选自GaN基HEMT。在一些较为优选的实施例中，所述第一源电极与第一漏电极设于第二半导体表面并通过欧姆接触与二维电子气相连接，和/或，所述第二源电极与第二漏电极设于第二半导体表面并通过欧姆接触与二维电子气相连接。进一步的，所述第一半导体的组成材料包括但不限于GaN。进一步的，所述第二半导体的组成材料包括但不限于AlxGa(1-x)N，0＜x≤1。在一较为具体的实施方案之中，一种GaNcascode增强型HEMT器件包括增强型GaNHEMT的源、漏、栅电极、耗尽型GaNHEMT的源、漏、栅电极，其中异质结构主要由GaN和AlxGa(1-x)N(0＜x≤1)半导体组成，源、漏电极位AlxGa(1-x)N表面并且通过欧姆接触与二维电子气相连接，栅电极设于源、漏电极之间，耗尽型的源电极与增强型的漏电极相连接，耗尽型的栅电极与增强型的源电极相连接。其中，增强型HEMT与耗尽型GaNHEMT是一个串联关系，所以当器件零偏压时，整个器件处于关断状态，并且高电压主要降落在耗尽型GaNHEMT两端，当栅电极施加的电压大于阈值电压时，增强型HEMT器件开启，源、漏电极导通。进一步的，所述第二栅电极与第一源电极之间的电连接方式至少可选自金属互联连接方式和半导体连接方式，但不限于此。进一步的，所述第一漏电极与第二源电极经所述二维电子气电连接。因而，在一些实施例中，所述第一漏电极与第二源电极可从所述Cascade结构的增强型HEMT中省略。在一些实施例中，在Cascade结构的增强型HEMT中，增强型HEMT器件和耗尽型型HEMT器件可以采用栅介质的MIS(metal-insulator-semiconductor)HEMT结构。亦即，所述第一栅电极、第二栅电极与异质结构之间还分布有栅介质层。其中，所述栅介质层的组成材料包括但不限于Al2O3、氮化硅、SiO2中的任意一种或两种以上的组合。进一步的，在工作时，所述第一源电极和第二漏电极分别与电源的低电位和高电位连接。进一步的，所述增强型HEMT单元的实现方式至少可选自凹栅技术、P型盖帽层技术和氟等离子体技术中的任意一种，但不限于此。在一些较为优选的实施例中，第一漏电极与第二源电极均为可被省略的虚拟电极，从而使所述级联增强型HEMT器件具有三端器件结构，该三端分别为第一栅电极、第一源电极和第二漏电极。藉由前述设计，可以实现低压的增强型HEMT器件在高压下工作，在器件关闭时高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种级联增强型HEMT器件，包括主要由第一半导体和第二半导体组成的异质结构，其中第二半导体形成于第一半导体表面，并具有宽于第一半导体的带隙；其特征在于还包括第一、第二栅电极，第一、第二源电极以及第一、第二漏电极，第一栅电极设于第一源电极与第一漏电极之间，第二栅电极设于第二源电极与第二漏电极之间，第一源电极与第一漏电极之间和第二源电极与第二漏电极之间还分别经形成于异质结构内的二维电子气连接，并且第一源电极、第一漏电极以及第一栅电极与所述异质结构组成增强型HEMT单元，第二源电极、第二漏电极以及第二栅电极与所述异质结构组成耗尽型HEMT单元，第二源电极与第一漏电极电连接，第二栅电极与第一源电极电连接。

【技术特征摘要】
1.一种级联增强型HEMT器件，包括主要由第一半导体和第二半导体组成的异质结构，其中第二半导体形成于第一半导体表面，并具有宽于第一半导体的带隙；其特征在于还包括第一、第二栅电极，第一、第二源电极以及第一、第二漏电极，第一栅电极设于第一源电极与第一漏电极之间，第二栅电极设于第二源电极与第二漏电极之间，第一源电极与第一漏电极之间和第二源电极与第二漏电极之间还分别经形成于异质结构内的二维电子气连接，并且第一源电极、第一漏电极以及第一栅电极与所述异质结构组成增强型HEMT单元，第二源电极、第二漏电极以及第二栅电极与所述异质结构组成耗尽型HEMT单元，第二源电极与第一漏电极电连接，第二栅电极与第一源电极电连接。2.根据权利要求1所述的级联增强型HEMT器件，其特征在于：所述增强型HEMT单元和耗尽型HEMT单元均选自GaN基HEMT。优选的，所述第一源电极与第一漏电极设于第二半导体表面并通过欧姆接触与二维电子气相连接，和/或，所述第二源电极与第二漏电极设于第二半导体表面并通过欧姆接触与二维电子气相连接。3.根据权利要求2所述的级联增强型HEMT器件，其特征在于所述第一半导体的组成材料包括GaN，所述第二半导体的组成材料包括Alx...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志利，蔡勇，张宝顺，付凯，于国浩，孙世闯，宋亮，邓旭光，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32