本发明专利技术公开了一种栅边缘凹槽型源场板结构的高电子迁移率晶体管（HEMT），属于半导体器件领域。所述高电子迁移率晶体管包括衬底层、缓冲层、势垒层、源极、栅极、漏极、钝化层和源场板；还包括栅漏区凹槽，所述栅漏区凹槽是在栅漏区沿栅极边缘、而在势垒层上刻蚀形成的沟槽；所述沟槽沿栅宽方向。本发明专利技术的栅边缘凹槽型源场板结构HEMT与传统源场板结构HEMT相比，减少了栅极靠近漏极一侧的边缘所收集的电场线，因此能降低栅极靠近漏极一侧的电场，从而可显著提高HEMT器件的击穿电压。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor,HEMT)，特别涉及一种在栅漏区栅极边缘形成沟槽的栅边缘凹槽型源场板结构的高电子迁移率晶体管，该高电子迁移率晶体管可作为微波、毫米波通讯系统以及雷达系统的基本器件，属于半导体器件领域。
技术介绍
在化合物半导体电子器件中，高电子迁移率晶体管(HEMT)是应用于高频大功率场合最主要的电子器件。这种电子器件依靠半导体异质结中具有量子效应的二维电子气(2DEG)形成导电沟道，2DEG的密度、迁移率和饱和速度等决定了该器件的电流处理能力。与第2代半导体材料砷化镓(GaAs)相比，III族氮化物材料(GaN，AIN, InN)中第三代半导体材料氮化镓(GaN)在材料性质方面具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和速度高、热导率高、抗辐照能力强等优势，因此GaN HEMT的高频、耐压、耐高温、耐恶劣环境的能力很强；而且III族氮化物材料(GaN，AIN, InN)具有很强的自发和压电极化效应，可显著提高HEMT材料结构中2DEG的密度。基于III族氮化物材料(GaN，AIN, InN)的HEMT，已被广泛应用于微波、毫米波通讯系统和雷达系统等领域，它自从诞生之日起便成为众多研究者的研究热点。1993年，Khan等人成功研制并报道了第一只AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管，参见,但是其性能指标还远不够理想。目前，已公开的GaN HEMT在Ka波段的输出功率密度可达10W/mm，参见。GaN HEMT 器件性能得到飞速提高的原因包括其材料质量的提高和器件工艺的改进，特别是各种新器件结构的采用。由于HEMT工作时其势垒区耗尽层中的电场线分布不均匀，栅极靠近漏极一侧的边缘往往聚集大部分的电场线，因此该处有一个相当高的电场峰值。该处的高电场会使得栅极泄漏电流增大，导致其可靠性变差；另外该处的高电场容易导致器件发生雪崩击穿，从而使得该类器件的高击穿电压和高功率密度等优势得不到充分发挥。为此，有研究者采用栅场板结构对其进行了改进，参见。其基本原理是所述栅场板将部分原本收集在靠近漏极一侧的栅极边缘的电场线收集到场板上，结果在靠近漏极一侧的栅极边缘和靠近漏极一侧的场板边缘分别出现一个电场峰值，从而减少了靠近漏极一侧栅极边缘收集的电场线，降低了该处的电场强度，进而减小了栅极泄漏电流；同时器件击穿电压也得到提高。引入栅场板的缺点是增大了栅漏反馈电容，使所述器件功率增益有所降低，为了补偿栅场板引入所导致的增益降低，有学者采用凹槽栅结构来增大器件的跨导，即在栅极下方势鱼层刻蚀凹槽，从而提高了器件的功率增益，参见。但是采用在栅极下方势垒层刻蚀形成凹槽这种结构，会显著降低器件电流密度，从而影响器件的功率性能。2004年，Y. F. Wu等人又报道了采用源场板的GaN HEMT，由于场板与源极相连，则场板到沟道电容变为漏源电容，使得由于场板引入的额外的栅漏电容得以消除，参见。
技术实现思路
本专利技术的目的正是基于现有技术中所存在的缺陷和不足，而提供一种制造工艺简单、操作方便、且可靠性好和击穿电压高的栅边缘凹槽型源场板结构的高电子迁移率晶体管(HEMT)。该高电子迁移率晶体管是通过在靠近漏极一侧的栅极边缘势垒层中形成沟槽的栅边缘凹槽型结构的HEMT，该HEMT可降低靠近漏极一侧的栅极边缘的电场强度，从而减小栅极泄漏电流，提高HEMT器件的击穿电压，同时，栅漏区栅极边缘凹槽不会降低器件的饱和漏电流，从而保证器件的高输出功率密度；另外，栅漏区栅极边缘凹槽阻止了栅电极下的耗尽层向漏漂移区扩展，减小了栅漏电容，从而提高了器件的频率特性。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术措施构成的技术方案来实现。本专利技术提供的一种栅边缘凹槽型源场板结构高电子迁移率晶体管，包括衬底层、缓冲层、势垒层、源电极、栅电极、漏电极、钝化层和源场板；按照本专利技术，还包括栅漏区的凹槽，所述栅漏区凹槽是在栅漏区沿栅极边缘、而在势垒层上刻蚀形成的沟槽，所述沟槽沿栅宽方向。上述技术方案中，所述栅漏区凹槽的一个侧壁与漏电极一侧的栅极边缘对齐，另一个侧壁位于栅电极与漏电极之间的势垒层中。上述技术方案中，所述栅漏区凹槽深度小于势垒层厚度。上述技术方案中，所述栅漏区凹槽中可以填充空气、或二氧化硅(Si02)、或氮化硅(SiN)、或三氧化二铝(A1203)、或 Hf02。上述技术方案中，所述栅漏区凹槽为方形结构。上述技术方案中，所述栅漏区凹槽为梯形结构。上述技术方案中，所述栅漏区凹槽为阶梯形结构。本专利技术与现有技术相比具有以下特点及有益的技术效果I、本专利技术的栅边缘凹槽型源场板结构HEMT，是在靠近漏极一侧的栅极边缘势垒层中沿栅宽方向刻蚀形成沟槽来降低靠近漏极一侧的栅极边缘的电场强度，从而减小了栅极泄漏电流，提高了该器件的击穿电压。2、本专利技术的栅边缘凹槽型源场板结构HEMT与传统HEMT结构相比，本专利技术所述栅漏区栅极边缘凹槽不会降低器件的饱和漏电流，从而可保证器件的高输出功率密度；另外，栅漏区栅极边缘凹槽阻止了栅电极下的耗尽层向漏漂移区扩展，减小了栅漏电容，从而提高了器件的频率特性。3、本专利技术的栅边缘凹槽型源场板结构的HEMT可以运用到高频、大功率电子领域。附图说明图I是传统源场板的HEMT结构示意图； 图2是本专利技术栅边缘凹槽型源场板的HEMT结构示意图；图中，I为衬底层,2为缓冲层,3为势鱼层,4为源极,5为栅极,6为漏极,7为钝化层，8为源场板，9为栅漏区栅极边缘凹槽。图3是图2中凹槽为方形结构示意图；图4是图2中凹槽为梯形结构示意图；图5是图2中凹槽为阶梯形结构示意图；图6是对传统HEMT器件及本专利技术HEMT器件仿真所得的直流I_V特性对比图；图7是对传统HEMT器件及本专利技术HEMT器件仿真所得的击穿特性曲线图；图8是对传统HEMT器件及本专利技术HEMT器件仿真所得的栅漏电容Cgd的对比图。具体实施例方式下面结合附图并用具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但并不意味着是对本专利技术所保护内容的任何限定。参照图2所示，所述栅边缘凹槽型源场板结构HEMT，该HEMT是基于III - V族化合物半导体异质结结构，其结构包括衬底层I、缓冲层2、势垒层3、源极4、栅极5、漏极6、钝化层7、源场板8和栅漏区栅极边缘凹槽9 ;所述缓冲层2位于衬底层I之上，所述势垒层3位于缓冲层2之上，势垒层3上部的两端分别为源极4和漏极6，其中间为栅极5 ;所述钝化层7位于源极4、栅极5和漏极6之上，以及源极与栅极之间和栅极与漏极之间的势垒层之上；所述源场板8位于钝化层7之上，且与源极4连接；所述栅漏区凹槽9是在栅漏区沿栅极5边缘、而在势垒层3上刻蚀形成的沟槽，所述沟槽沿栅宽方向。所述HEMT器件的衬底层I可以为蓝宝石、或碳化硅、或硅；缓冲层2由若干层相同或不同的III- V族化合物半导体材料组成，其厚度为I 5um ;势垒层3由若干层相同或不同的III - V族化合物半导体材料组成，其厚度为10 40nm ;钝化层7可以为Si02、SiN、Al2O3^HfO2或其他绝缘介质材料，其厚度为0. 05、. 8um ;所述凹槽中可以填充与钝化层7相同或不同的绝缘介质材料。所述栅边缘凹槽型源场板结构HEMT通过在栅漏区沿栅极5本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种栅边缘凹槽型源场板结构高电子迁移率晶体管，包括衬底层（1）、缓冲层（2）、势垒层（3）、源极（4）、栅极（5）、漏极（6）、钝化层（7）和源场板（8）；其特征在于还包括栅漏区的凹槽（9），所述栅漏区凹槽（9）是在栅漏区沿栅极（5）边缘、而在势垒层（3）上刻蚀形成的沟槽，所述沟槽沿栅宽方向。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐跃杭，付文丽，延波，国云川，徐锐敏，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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