CN107104142A - 高阻衬底上的GaNHEMT管芯结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高阻衬底上的GaN HEMT管芯结构，涉及GaN HEMT器件结构技术领域，自下而上包括接地层、衬底、沟道层、势垒层、绝缘介质、台面、填充区、栅极、源极和漏极；栅极和漏极下面为绝缘介质，栅极和漏极正下方的势垒层和沟道层被掏空形成填充区，填充区内填充金，接地层为金，栅极和漏极正下方的势垒层和沟道层被掏空形成填充区，然后填充金，由于金具有良好的导电性，因此栅极和漏极对地之间的寄生电导减小，从而降低了射频信号在衬底上的损耗，提高器件的射频性能。
Description
技术领域
本发明涉及GaN HEMT器件结构技术领域，特别是涉及一种高阻衬底上的GaN HEMT管芯结构。
背景技术
GaN HEMT器件具有功率密度高、功率附加效率高以及应用频带宽等优点，在射频领域极具应用前景。
目前，商用GaN HEMT管芯采用的衬底主要是半绝缘SiC衬底。半绝缘SiC衬底具有与GaN晶格适配小、散热性能好的优点。同时它也是一种良好的射频微波材料。
研究发现一些高阻衬底如高阻SiC上制备GaN HEMT管芯能够降低GaN HEMT管芯的成本。但是高阻衬底并不是良好的射频材料，高阻衬底增加了管芯的栅极PAD和漏极PAD到地之间的寄生电导。导致高阻衬底上GaN HEMT器件的射频性能比半绝缘SiC衬底上GaNHEMT差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种高阻衬底上的GaN HEMT管芯结构，解决GaN HEMT器件的射频性能差的问题，具有降低射频信号在衬底上的损耗，提高器件射频性能的特点。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高阻衬底上的GaN HEMT管芯结构，其特征在于：自下而上包括接地层、衬底、沟道层、势垒层、绝缘介质、台面、填充区、栅极、源极和漏极；栅极和漏极下面为绝缘介质，栅极和漏极正下方的势垒层和沟道层被掏空形成填充区，填充区内填充金，接地层为金。
优选地，栅极包括栅极金属和栅极PAD，栅极金属和栅极PAD通过带状金属连接；所述漏极包括漏极金属及合金和漏极PAD，漏极金属及合金和漏极PAD通过带状金属连接；源极包括源极金属及合金和源极PAD，源极金属及合金和源极PAD通过带状金属连接。
优选地，漏极金属及合金和台面通过高温快速热退火或者n+GaN再生长工艺形成欧姆接触；源极金属及合金和台面通过高温快速热退火或者n+GaN再生长工艺形成欧姆接触；栅极金属和台面直接接触形成肖特基接触。
优选地，台面采用离子注入或刻蚀的方式形成，台面深度不少于30nm。
优选地，衬底为高阻SiC、高阻Si或高阻GaN。
优选地，沟道层为Fe掺杂或C掺杂的GaN。
优选地，势垒层为AlxGa1-xN，其中0.05<x<1。
优选地，绝缘介质为二氧化硅、氧化铪、氮化硅、氮化铝、氧化铝以及它们间的组合，厚度为100nm-5000nm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过设计高阻衬底上的GaNHEMT管芯结构，栅极和漏极正下方的势垒层和沟道层被掏空形成填充区，然后填充金，由于金具有良好的导电性，因此栅极和漏极对地之间的寄生电导减小，从而降低了射频信号在衬底上的损耗，提高器件的射频性能。
附图说明
图1是本发明整体结构侧视图。
图2是本发明整体结构俯视图。
图中：1、接地层；2、衬底；3、沟道层；4、势垒层；5、绝缘介质；6、栅极；7、源极；8、漏极；9、台面；10、漏极PAD；11、源极PAD；12、栅极PAD；13、漏极金属及合金；14、源极金属及合金；15、栅极金属；16、带状金属；17、填充区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，为本发明整体结构侧视图，自下而上包括接地层1、衬底2、沟道层3、势垒层4、绝缘介质5、台面9、填充区17、栅极7、源极7和漏极8；栅极7和漏极8下面为绝缘介质5，栅极7和漏极8正下方的势垒层4和沟道层3被掏空形成填充区17，填充区17内填充金，接地层1为金。
衬底2为高阻SiC、高阻Si或高阻GaN。
沟道层3为Fe掺杂或C掺杂的GaN，势垒层4为AlxGa1-xN，其中0.05<x<1，沟道层3和势垒层4构成GaN HEMT结构的主体。
绝缘介质5为二氧化硅、氧化铪、氮化硅、氮化铝、氧化铝以及它们间的组合，厚度为100nm-5000nm。
台面9采用离子注入或刻蚀的方式形成，台面9深度不少于30nm。
接地层1和填充区17相连，将接地层1和管壳烧结也可以起到接地的作用。
由于填充区17的存在，使栅极PAD12和漏极PAD10相对于地之间的寄生电导减小，从而衬底2上的寄生损耗减小，提高器件的射频性能。
如图2所示，为发明整体结构俯视图，栅极7包括栅极金属15和栅极PAD12，栅极金属15和栅极PAD12通过带状金属16连接；漏极8包括漏极金属及合金13和漏极PAD10，漏极金属及合金13和漏极PAD10通过带状金属16连接；源极7包括源极金属及合金14和源极PAD11，源极金属及合金14和源极PAD11通过带状金属16连接，PAD在管芯中起的作用是为探针提供压点以及提供电路装配过程中的键合点。
漏极金属及合金13和台面9通过高温快速热退火或者n+GaN再生长工艺形成欧姆接触；源极金属及合金14和台面9通过高温快速热退火或者n+GaN再生长工艺形成欧姆接触；栅极金属15和台面9直接接触形成肖特基接触。改变栅极金属15的上的电压可以调控栅极7下载流子浓度，从而实现对器件的调控。
采用上述技术方案后，通过将高阻衬底上的GaN HEMT管芯结构中的栅极7和漏极8正下方的势垒层4和沟道层3被掏形成填充区17，然后填充为金，由于金具有良好的导电性，因此栅极7和漏极8对地之间的寄生电导减小，从而降低了射频信号在衬底2上的损耗，提高器件的射频性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高阻衬底上的GaN HEMT管芯结构，其特征在于：自下而上包括接地层（1）、衬底（2）、沟道层（3）、势垒层（4）、绝缘介质（5）、台面（9）、填充区（17）、栅极（6）、源极（7）和漏极（8）；栅极（6）和漏极（8）下面为绝缘介质（5），栅极（6）和漏极（8）正下方的势垒层（4）和沟道层（3）被掏空形成填充区（17），填充区（17）内填充金，接地层（1）为金。
2.根据权利要求１所述的高阻衬底上的GaN HEMT管芯结构，其特征在于：所述栅极（6）包括栅极金属（15）和栅极PAD（12），栅极金属（15）和栅极PAD（12）通过带状金属（16）连接；所述漏极（8）包括漏极金属及合金（13）和漏极PAD（10），漏极金属及合金（13）和漏极PAD（10）通过带状金属（16）连接；源极（7）包括源极金属及合金（14）和源极PAD（11），源极金属及合金（14）和源极PAD（11）通过带状金属（16）连接。
3.根据权利要求2所述的高阻衬底上的GaN HEMT管芯结构，其特征在于：所述漏极金属及合金（13）和台面（9）通过高温快速热退火或者n+GaN再生长工艺形成欧姆接触；源极金属及合金（14）和台面（9）通过高温快速热退火或者n+GaN再生长工艺形成欧姆接触；栅极金属（15）和台面（9）直接接触形成肖特基接触。
4.根据权利要求１所述的高阻衬底上的GaN HEMT管芯结构，其特征在于：所述台面（9）采用离子注入或刻蚀的方式形成，台面（9）深度不少于30nm。
5.根据权利要求１所述的高阻衬底上的GaN HEMT管芯结构，其特征在于：所述衬底（2）为高阻SiC、高阻Si或高阻GaN。
6.根据权利要求１所述的高阻衬底上的GaN HEMT管芯结构，其特征在于：所述沟道层（3）为Fe掺杂或C掺杂的GaN。
7.根据权利要求１所述的高阻衬底上的GaN HEMT管芯结构，其特征在于：所述势垒层（4）为AlxGa1-xN，其中0.05<x<1。
8.根据权利要求１所述的高阻衬底上的GaN HEMT管芯结构，其特征在于：所述绝缘介质（5）为二氧化硅、氧化铪、氮化硅、氮化铝、氧化铝以及它们间的组合，厚度为100nm-5000nm。
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