[发明专利]Ⅲ族氮化物增强型MISHEMT器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种增强型高电子迁移率晶体管（Enhancement-mode Metal-Insulator-Semiconductor High Electron Mobility Transistor，E-Mode MISHEMT），尤其涉及一种Ⅲ族氮化物增强型MISHEMT器件。

背景技术

当MISHEMT器件采用Ⅲ族氮化物半导体时，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。另外，MISHEMT器件采用Ⅲ族氮化物半导体，能够获得很高的绝缘击穿电场强度以及良好的耐高温特性。具有异质结构的Ⅲ族氮化物半导体的MISHEMT，不仅可以作为高频器件使用，而且适用于高电压、大电流的功率开关器件。应用到大功率开关电路中时，为了电路的设计简单和安全方面考虑，一般要求开关器件具有常关特性及需要器件为增强型器件。

现有的Ⅲ族氮化物半导体增强型HEMT器件作为高频器件或者高压大功率开关器件使用时，漏电极输出电流往往跟不上栅极控制信号的变化，会出现导通瞬态延迟大的情况，此即为Ⅲ族氮化物半导体增强型HEMT器件的“电流崩塌现象”，严重影响着器件的实用性。现有的比较公认的对“电流崩塌现象”的解释是“虚栅模型”。 “虚栅模型”认为在器件关断态时，有电子注入到半导体表面，从而被表面态或缺陷捕获形成一带负电荷的虚栅，带负电荷的虚栅由于静电感应会降低栅漏、栅源连接区的沟道电子，当器件从关断态向导通态转变时，栅下的沟道虽然可以很快积累大量的电子，但是虚栅电荷却不能及时释放，虚栅下的沟道电子浓度较低，所以漏端输出电流较小，只有当虚栅电荷充分释放后，漏端电流才能恢复到直流状态的水平。目前，常用的抑制“电流崩塌”的方法有：对半导体进行表面处理，降低表面态或界面态密度；通过场板结构降低栅电极靠近漏电极一端的电场强度，降低电子被表面态和缺陷捕获的概率，抑制电流崩塌。但前述抑制电流崩塌的方法在大电流、大电压的情况下效果并不理想。

发明内容

本发明的目的在于提出一种Ⅲ族氮化物增强型 MISHEMT 器件，该器件具有叠层双栅结构，是通过等离子体对栅下区域的处理实现的增强型器件，其藉由副栅和主栅的相互配合对沟道中二维电子气进行调控，使增强型MISHEMT漏端输出电流可以跟得上栅电压的变化，从而在根本上抑制“电流崩塌效应”。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种Ⅲ族氮化物增强型MISHEMT器件，包括源电极、漏电极以及异质结构，所述源电极与漏电极通过形成于异质结构中的二维电子气电连接，所述异质结构包括第一半导体和第二半导体，所述第一半导体设置于源电极和漏电极之间，所述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，所述增强型MISHEMT器件还包括主栅、绝缘介质层和副栅，其中：

所述绝缘介质层包含第一、第二介质层，第一介质层形成于第二半导体表面，第二介质层形成于第一介质层和主栅表面，并使主栅和副栅形成电隔离；

所述主栅设置于第一介质层表面靠近源电极一侧，并与第一介质层、第二半导体形成金属-绝缘层-半导体结构（MIS），且位于主栅下方的第二半导体局部区域内部还形成有等离子体处理区；

所述副栅形成于第二介质层表面，且其至少一侧边缘向源电极或漏电极方向延伸，同时其正投影与主栅两侧边缘均交叠。

所述源电极和漏电极分别与电源的低电位和高电位连接。

优选的，所述等离子体处理区是第二半导体内的局部区域经F（氟）等离子体处理后所形成的带负电的固定电荷区。

更进一步的讲，所述等离子体处理区是通过反应离子刻蚀（RIE）或感应耦合等离子体刻蚀（ICP）等工艺对异质结进行F等离子体处理，从而在第二半导体内形成带负电的固定电荷区，并将其所对应的沟道内二维电子气耗尽。

所述第一半导体和第二半导体均采用Ⅲ族氮化物半导体。

所述副栅的两侧边缘分别向源电极和漏电极方向延伸，或者，也可以是所述副栅仅有一侧边缘向相应的源电极或漏电极方向延伸。

在所述增强型MISHEMT器件工作时，所述主栅和副栅分别由一控制信号控制，且在所述增强型 MISHEMT器件处理导通状态时，所述副栅控制信号的电位高于主栅控制信号的电位。

附图说明

图1是本发明叠层双栅增强型MISHEMT的剖面结构示意图；

图2a是普通增强型 MISHEMT器件的局部结构示意图；