[发明专利]双栅结构氮化镓高电子迁移率晶体管及其制作方法

说明书

本发明公开了一种双栅结构氮化镓高电子迁移率晶体管及其制作方法。所述双栅结构氮化镓高电子迁移率晶体管包括异质结构以及源电极、漏电极、主栅电极和副栅电极；所述异质结构包括沟道层以及形成在沟道层上的势垒层，所述沟道层和势垒层之间形成有二维电子气；所述主栅电极和副栅电极分别设置在所述势垒层的主栅电极区域和副栅电极区域，所述势垒层副栅电极区域具有凹槽结构，所述副栅电极的局部设置在所述凹槽结构，所述副栅电极与所述二维电子气形成肖特基二极管。本发明实施例提供的双栅结构氮化镓高电子迁移率晶体管，实现了器件第三象限导通能力和栅极可靠性的提升，提高了器件的高可靠、高能效工作能力。

技术领域

本发明特别涉及一种双栅结构氮化镓高电子迁移率晶体管及其制作方法，属于宽禁带半导体晶体管技术领域。

背景技术

电能与人类社会发展息息相关，而功率电子器件是能量转换的核心器件，可以高效地进行多种形式的电能转换，在各种功率系统中有着广泛的应用。随着目前电子技术的不断发展，传统Si基器件受其材料本身物理限制，性能逐渐难以满足人们对于功率密度、开关速度、能效等方面的需求，而氮化镓(GaN)材料具有禁带宽度大、击穿场强高、饱和电子漂移速度大、热导率高等优异物理特性，是制备新一代功率电子器件的优选材料。基于GaN材料强极化特性，A1GaN/GaN异质结界面处可以形成高浓度、高迁移率的二维电子气(2DEG)，是制备高性能功率电子器件的主要材料体系，目前已实现规模商用。其中，由于2DEG的存在，常规AlGaN/GaN HEMT器件为耗尽型器件(又称常开型器件，即在零栅极偏压下器件处于开启状态)，在实际应用中，需要负电压源才能关闭器件，这不仅存在失效安全问题，也增加了器件栅极驱动电路设计的复杂度，提高了器件使用成本。相应的，增强型(又称常关型)GaN HEMT器件成为了目前的主要研究方向，具有广泛的应用价值和研究意义。

目前，业内通常采用两种技术路线，一种是采用p型帽层结构耗尽2DEG沟道实现增强型工作，另一种是采用低压增强型Si MOSFET和高压耗尽型GaN HEMT级联结构(cascode)实现增强型工作模式。

然而，两种技术路线的器件都面临着器件第三象限导通电压随GaN HEMT器件阈值电压及栅偏压改变而漂移的问题，第三象限导通能力不稳定且功耗高。同时，由于GaN HEMT器件高压、高开关速度影响，栅电极极容易受电路开关条件下寄生电容、电感耦合能量的冲击，轻则带来器件栅极振荡，重则直接带来器件损坏。

因此，无论是在增强型GaN HEMT器件还是在耗尽型GaN HEMT器件中，或是在更高开关频率的射频GaN HEMT器件中，都有必要发展一种具有优异第三象限导通能力和高栅极可靠性的GaN HEMT器件技术，以实现器件的高可靠、高能效应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于势垒层刻蚀技术的双栅结构氮化镓高电子迁移率晶体管及其制作方法，通过采用主栅电极、副栅电极的双栅结构，以及在副栅电极下方进行势垒层刻蚀，实现更优异的器件第三象限导通能力，并通过实现副栅电极对主栅电极的保护，改善器件栅极可靠性，从而克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种基于势垒层刻蚀技术的双栅结构氮化镓高电子迁移率晶体管，包括异质结构以及与所述异质结构配合的源电极、漏电极、主栅电极和副栅电极；

所述异质结构包括沟道层以及形成在沟道层上的势垒层，所述沟道层和势垒层之间形成有二维电子气；

所述主栅电极和副栅电极分别设置在所述势垒层的主栅电极区域和副栅电极区域，其中，所述势垒层副栅电极区域具有凹槽结构，所述副栅电极的局部设置在所述凹槽结构，且所述副栅电极与所述二维电子气形成肖特基二极管。

本发明实施例提供了所述的双栅结构氮化镓高电子迁移率晶体管的制作方法，包括：