一种GaN异质结HEMT器件，属于半导体器件技术领域。包括衬底、位于衬底表面的InAlN/GaN异质结，InAlN层表面具有栅、源和漏电极，其中漏电极与InAlN层表面形成欧姆接触，而源电极与InAlN层表面形成肖特基接触。本发明专利技术源极采用肖特基接触，其良好的形貌特性使得源极下面GaN中的电场均匀分布，有效地抑制了源极电子注入，减少了GaN泄漏电流及其导致的碰撞电离及栅极泄漏电流，从而提高了器件的关态击穿电压；而漏极仍采用欧姆接触，尽可能降低器件的正向导通电阻，保证器件具有较好的正向电流驱动能力；另外，本发明专利技术与传统工艺兼容，同时栅极和源极之间的距离可以很小，占用晶圆面积较小，从而保证器件成本较低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件
，涉及GaN异质结搞电子迁移率晶体管(HEMT)。
技术介绍
氮化镓(GaN)是第三代宽禁带半导体材料的代表之一，具有优良的特性高的临界击穿电场Γ3. 3 X 106V/cm)、高电子迁移率( 2000cm2/V · s )、高的二维电子气(2DEG)浓度ri013cm_2)、良好的高温工作能力。基于GaN材料的 高电子迁移率晶体管(HEMT )在半导体领域已经得到应用，尤其是在射频/微波领域已应用于无线通信、卫星通信等。另外，针对功率电子应用该类器件具有反向阻断电压高、正向导通电阻低、工作频率高等特性，因此可以满足系统对半导体器件更大功率、更低损耗、更高效率、更高频率、更小体积和更恶劣工作环境(如高温)的要求。而基于InAlN/GaN新型异质结构的HEMT更是具有比传统AlGaN/GaN异质结的HEMT更高的沟道电荷密度、更大的驱动电流密度、更低的导通电阻以及更好的高温耐受性而成为未来功率电子器件的极佳选择。另外，由于InAlN势垒层与GaN缓冲层是晶格匹配的。因此在InAlN/GaN异质结中没有应力，这与传统的AlGaN/GaN异质结中由于晶格失配带来的应力完全不同。这种无应力特性使得InAlN/GaN异质结的HEMT具有更好的器件可靠性，特别适合于工作状态为大电压、大电流的功率电子应用。对于常规InAlN/GaN异质结的HEMT器件而言，其关态击穿电压通常受到栅极泄漏电流及缓冲层泄漏电流的限制，如何提高器件的关态击穿电压是研究者们极其关注的问题。文献 J. Kuzmik, et. al.，“Off-state breakdown in InAlN/AlN/GaN highelectron mobility transistors,，，Physica Status Solidi C, vol. 6, no. s2, pp.S925-S928, 2009报道了通过增加栅漏间距提高InAlN/GaN异质结HEMT的关态击穿电压的技术方案° 文献 Q. Fareed, et. al. , “High voltage operation of field-plated AlInNHEMTs,，，Physica Status Solidi C, vol. 8，no. 7-8，pp. 2454-2456，Mar. 2011 报道了采用场板结构结合绝缘AlN帽层提高InAlN/GaN异质结HEMT的关态击穿电压的技术方案。文献B. Lu, et. al. ,“Schottky-Drain Technology for AlGaN/GaN High-Electron MobilityTransistors,，，IEEE Electron Device Letters, vol. 31, no. 4, pp. 302-304，Apr. 2010 报道了采用漏极肖特基接触实现AlGaN/GaN异质结HEMT关态击穿电压的提高。文献D. Song, et.al. , “Normally Off AlGaN/GaN Low-Density Drain HEMT(LDD-HEMT)With EnhancedBreakdown Voltage and Reduced Current Collapse,，，IEEE Electron Device Letters, vol.28，no. 3，pp. 189-191，Mar. 2007报道了通过在栅漏之间的区域引入带负电的氟离子，改变漏极附近的表面电场，进而提高AlGaN/GaN HEMTs器件的关态击穿电压。虽然近年来提高InAlN/GaN异质结HEMT关态击穿电压的研究工作已经取得了巨大的进步，但目前InAlN/GaN异质结HEMT的击穿电压仍然比较低(目前报道的最高值为400V)，远远低于文献报道的AlGaN/GaN异质结HEMT的击穿电压。虽然增加栅漏间距可以提高InAlN/GaN异质结HEMT的关态击穿电压，但从报道的结果来看提高幅度有限。该方案是以牺牲器件导通电阻为代价，还推升了单个器件所需要的晶圆面积最终导致器件成本的升高，并不符合寻求器件导通电阻与击穿电压最优值的理论。另一方面，场板结构可以有效的增加器件的关态击穿电压，但工艺步骤上较无场板器件更为复杂，而且场板结构效果的好坏与介质层材料的质量息息相关。因此，通过场板结构来提高器件关态击穿电压是一个较为复杂的问题。
技术实现思路
为了进一步提高InAlN/GaN异质结HEMT器件的关态击穿电压，同时保证其具有较小的导通电阻和较低的制造成本(不增加器件所需的晶圆面积)，本专利技术提供一种新型结构的InAlN/GaN异质结HEMT器件。本专利技术提供的InAlN/GaN异质结HEMT器件不进具有高击穿电压、高漏极驱动电流、低导通电阻等优点，还与传统功率开关器件工艺兼容。本专利技术技术方案如下 —种GaN异质结HEMT器件,如图I所不，包括衬底3、位于衬底3表面的GaN层I和位于GaN层I表面的InAlN层2 ;其中GaN层I和InAlN层2构成InAlN/GaN异质结，在InAlN/GaN异质结界面处形成二维电子气(2DEG)导电沟道；在InAlN层2表面具有栅电极6、源电极5和漏电极4,其中源电极5和漏电极4分处于InAlN层2表面相对的两侧,而栅电极6处于源电极5和漏电极4之间；所述漏电极4与InAlN层2表面形成欧姆接触，所述源电极5与InAlN层2表面形成肖特基接触。本专利技术提供的GaN异质结HEMT器件，与常规InAlN/GaN异质结HEMT器件(如图2所示，源漏电极与InAlN层2表面之间均为欧姆接触)不同的是，该HEMT器件中源极5与InAlN层2表面之间是肖特基势垒接触而不是常规结构中的欧姆接触，而漏极4与InAlN层2表面之间仍采用欧姆接触。该HEMT器件的工作原理是常规HEMT器件由于源极欧姆接触必需的高温退火过程，其金属表面形貌较为不平整(如图3 (a)所示)，由于欧姆金属在高温退火过程中会发生向下的金属扩散，致使欧姆金属扩散到半导体材料内部并形成金属尖峰，而电场会聚集在这些金属尖峰附近产生局部高电场区域。在高电场的作用下电子从源极被注入到GaN缓冲层中，缓冲层泄漏电流增大，在电场作用下这些被注入的电子在GaN缓冲层中漂移到整个器件电场最强的区域(栅极边缘靠漏极一侧)并在那里被高电场加速到高能状态而诱发能带内或能带间的碰撞电离，使得栅泄漏电流增大，并最终导致器件击穿。而本专利技术提供的GaN异质结HEMT器件(由于其源极采用肖特基接触，故定义为肖特基源极GaN异质结HEMT器件)由于源极采用了肖特基接触，无需高温退火过程，在横向和纵向都有极佳的金属形貌(如图3 (b)所示)。因此在肖特基源极下面GaN缓冲层中的电场分布较为均匀，避免了局部高电场区域的产生，有效抑制了电子被注入到GaN缓冲层中，所以器件的关态击穿电压得到大幅提高。另一方面，由于漏极采用欧姆接触保证了器件具有较小的导通电阻。对本
技术实现思路
的场控导电沟道(如图I所示)，以InxAVxN为例，其中χ取值为O. 17左右(此时第一III - V族氮化物和第二III - V族氮化物可以达到晶格匹配)。第一III - V族氮本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种GaN异质结HEMT器件，包括衬底（3）、位于衬底（3）表面的GaN层（1）和位于GaN层（1）表面的InAlN层（2）；其中GaN层（1）和InAlN层（2）构成InAlN/GaN异质结，在InAlN/GaN异质结界面处形成二维电子气导电沟道；在InAlN层（2）表面具有栅电极（6）、源电极（5）和漏电极（4），其中源电极（5）和漏电极（4）分处于InAlN层（2）表面相对的两侧，而栅电极（6）处于源电极（5）和漏电极（4）之间；所述漏电极（4）与InAlN层（2）表面形成欧姆接触，所述源电极（5）与InAlN层（2）表面形成肖特基接触。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周琦，陈万军，尉中杰，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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