[实用新型]一种具有特殊栅电极的HEMT器件

说明书

本实用新型公开了一种具有特殊栅电极的HEMT器件，包括衬底结构、第一介质层、栅电极、源电极和漏电极，其中，所述衬底结构包括自下而上依次设置的衬底层、缓冲层、沟道层和势垒层；所述第一介质层设置在所述势垒层上方，且所述第一介质层上具有贯穿上下的第一开口；所述栅电极包括主体栅极和接触栅极，所述主体栅极设置在所述第一开口中，且所述主体栅极呈多个倒凸字形的叠加形状，所述主体栅极的宽度沿竖直方向自上而下呈变窄趋势；所述接触栅极设置在所述主体栅极上方。该HEMT器件具有特殊的栅电极形状，即若干个倒凸字形的叠加形状，能够获得较小的栅电极宽度，使HEMT器件达到更优越的频率特性。

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，具体涉及一种具有特殊栅电极的HEMT器件。

背景技术

GaN HEMT(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)器件目前被普遍采用，其基础结构是在衬底上生长GaN材料或AlN材料成核层，再生长一层GaN材料缓冲层，在缓冲层上生长高迁移率的GaN沟道层，在沟道层上生长AlGaN势垒层，也可以先生长一层AlN插入层后再生长AlGaN势垒层，最后在势垒层上生长一层GaN材料的帽层。其原理是AlGaN势垒层通过极化效应在GaN沟道层靠近AlGaN势垒层的一侧界面上形成高浓度高迁移率的二维电子气(以下简称2DEG)。通过制作源极和漏极，即在帽层上制作两个金属电极，两个金属电极之间间隔一定间距位置，金属电极通过退火工艺与AlGaN势垒层和GaN沟道层的材料形成欧姆接触即源极和漏极，源漏极之间通过GaN沟道层上的2DEG形成导电连通，在源漏极之间制作栅极。一种常见的作法是通过光刻掩膜和显影曝光，暴露出源漏区域中间的某块区域，通常是靠近源极但远离漏极的区域，将该区域的GaN帽层刻蚀掉，并将暴露出来的AlGaN势垒层刻蚀一部分，最后将栅极材料(金属或p型GaN材料)沉积在刻蚀出来的凹槽内，通过控制栅极材料上的电压，影响栅极区域下方的2DEG的载流子浓度，这种方法制作的可以是增强型HEMT，也可以是耗尽型器件。以栅极材料为金属为例，当金属不加电压时，由于金属功函数的作用，栅极下方区域的长度称为沟道长度，此时沟道长度内的2DEG被耗尽，源漏之间的通道被夹断，器件处于关断状态。而当栅极技术上施加正向电压时，栅极下方区域的2DEG被恢复，甚至载流子浓度比原来更高，此时器件处于导通状态。为了提高栅漏之间的耐压能力，通常还会在栅极上方及靠近漏极的区域制作场板来缓和电场的分布，提高器件的击穿特性。

能够用来制作HEMT器件的材料主要有III-V族半导体材料，例如GaN、GaAs、GaP、InGaN、GaAsP，GaAlAs、AlN、AlGaN、InGaAs等，所使用的衬底有Si、SiC、Al₂O₃(蓝宝石)、GaAs、ZnO、LaLiO₃、AlN或GaN等，以GaN基HEMT为例，通常沟道层材料为GaN，势垒层为Al_xGa_1-xN，帽层为GaN。

为了提高HEMT器件的频率特性，通常都会采用光刻技术将沟道长度的尺寸尽量做小，减少栅极下方受栅极材料影响的2DEG区域的大小，沟道长度越小则器件工作频率越高。然而更小的沟道长度需要更高端的光刻设备来支撑。同时为了提高器件的击穿电压，通常会将栅极和漏极隔开一定的距离，这个距离越大器件的耐压性能越好，但这种做法会增大器件的整体面积，牺牲固定衬底尺寸条件下的器件产出数量，增加了单个器件的成本。因此在保持栅漏距离一定的情况下，会在栅极附近制作场板来缓解栅漏之间的电场分布，达到提高器件耐压上限的目的。如何在光刻设备的物理极限下进一步缩小沟道长度，以及制作更有效的嵌入式金属场板成为了近年来的研究热点。