[发明专利]用于高功率的、基于GaN的FET的布图设计

说明书

技术领域

本发明涉及高压场效应晶体管(FET)，以及更具体地涉及使用基于氮化镓(GaN)的化合物的半导体的FET的布图。

背景技术

场效应晶体管(也被称为“FET”)，是一种常规的半导体器件，它可用于供数据处理和通信系统使用的开关模式电源中，此外还可用于使用受限功率以使灵敏电子电路工作的其他应用中。场效应晶体管已经基本上普遍取代了先前用于逆变器(一类电源或电源的一部分)的双极性晶体管以及用于整流的p-n二极管和肖特基二极管。场效应晶体管的普及至少部分是由如下因素推动的，即，需要提供具有在较高电流电平下的低dc输出电压诸如五伏或更低电压的高效率电源。上述应用广泛接受场效应晶体管是出于以下原因：较低的正向电压降、较快的切换速度，以及用于导通和截止所需的较低的功率消耗。因此，使用场效应晶体管有助于实现能够以低成本制造紧凑和高效的电源。

由于电源的负载通常被设计成使用缩小特征尺寸的电路元件的集成电路，因此不断需要发展出在更高电流电平(例如，50到100安培或更多)下具有更低输出电压(例如，一伏或更小)的新设计。现有开关模式电源，提供输入-输出电路隔离(通过变压器)、采用硅基场效应晶体管作为其中的同步整流器以及具有最佳电流应用设计，通常可在仅最高至数百千赫(“kHz”)的切换频率下运行，至少部分原因在于硅基场效应晶体管的较慢切换速度。但是，为了适应集成电路技术的持续发展，需要一兆赫兹(“MHz”)以上的电源切换频率以减小电源中的磁器件和电容性过滤元件的尺寸而不损害功率转换效率。与之相应，为满足这些条件，具有现有技术无法实现的特征的场效应晶体管不仅是需要的而且是必要的。

为了提供增大的功率处理能力，已经开发了具有更大有效区域的晶体管。但是，随着晶体管的有效区域的增加，晶体管可能会变得不太适合于高频运行，因为高频运行通常需要较小的源极到漏极距离以限制载流子渡越时间(carrier transit time)。一种用于增加晶体管的有效区域并仍然提供高频运行的技术是使用并联连接的多个晶体管单元。这样的结构包括多个细长的栅极“指状物(finger)”，用于控制通过多个单位单元中的每一个的电流。由此，每个单元的源极到漏极的距离可以被保持相对较小，同时仍然为晶体管提供增大的功率处理能力。

用于高性能场效应晶体管的一种选择材料为如下具有高电子迁移率以及产生高击穿电压的宽带隙的半导体，所述半导体能够使用那些与目前针对硅和当前这一代化合物半导体已经开发出的设备和方法没有显著不同的常规的设备和方法进行处理。一种尤其合意的材料是被称为氮化镓(“GaN”)的化合物半导体，其已被用于在一千兆赫以上的频率下运行良好的集成电路，并被用于制造具有高性能特征的功率场效应晶体管。基于GaN的FET器件，能够通过在AlGaN阻挡层(其具有较大带隙)和GaN层(其具有较窄带隙)之间的异质结界面上形成量子阱而最大化电子迁移率。因此，电子被俘获在量子阱中。所俘获的电子被表示为在未掺杂的GaN层中的二维电子气。电流的量是通过向栅电极施加电压来控制的，所述栅电极与半导体处于肖特基接触以使得电子沿源电极和漏电极之间的沟道流动。

随着对基于GaN的FET的市场需求持续增长，仍然需要许多改进以提高各种运行特征，诸如击穿电压V_br、接通电阻以及截止频率。

发明内容

根据本发明，提供了一种FET，包括衬底、布置在所述衬底上的缓冲层、布置在所述缓冲层上的沟道层、以及布置在所述沟道层上的阻挡层。源电极、栅电极和漏电极都位于所述阻挡层上，并延纵向方向在其上延伸。沟道层和阻挡层它们的一部分限定了一个沿纵向延伸的台面结构(mesa)，以及所述源电极和所述漏电极延伸越过所述台面结构的边缘。所述栅电极沿台面结构的边缘侧壁延伸。导电源极互连部被布置在缓冲层上，并具有电连接至源电极的第一端。第一介电层被布置在缓冲层上，并位于源极互连部的上方。在第一介电层中形成栅极通路。导电栅极节点沿缓冲层延伸，并与沿台面结构的侧壁延伸的栅电极的部分电连接。栅极衬垫(pad)被布置在邻近台面结构的第一介电层上。导电栅极连接带位于栅极节点上，并与之接触。栅极带与栅极衬垫电接触。源极通路形成在第一介电层中，以及源极衬垫形成在源极通路中。导电源极互连部具有与源极衬垫电接触的第二端。