CN115528105A - 具有可调电压的场板的GaN HEMT器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有可调电压的场板的GaN HEMT器件。所述GaN HEMT器件包括：叠层设置的异质结、介质层和绝缘结构层，所述异质结内形成有二维电子气，源极、漏极和栅极，其设置在所述介质层上并与所述异质结接触，所述源极和漏极能够通过所述二维电子气连接；以及，所述源极、漏极还分别与第一电连接结构、第二电连接结构连接，并分别经所述第一电连接结构、第二电连接结构引出至器件外部；场板，至少所述场板的局部设置在所述栅极和漏极之间，且所述场板还与第三电连接结构连接，并经所述第三电连接结构引出至器件外部。本发明提供的GaN HEMT器件通过调节电场，减弱了由于电场分布不均带来的电荷陷阱注入问题，进一步提高了器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种GaN HEMT器件，特别涉及一种具有可调电压的场板的GaN HEMT器件，属于半导体技术领域。
背景技术
GaN HEMT是为射频功率放大器而设计的异质结场效应晶体管器件，具有横向沟道结构，漏极、源极和栅极都在芯片(可理解为异质结场效应晶体管器件)表面，源极一般由金属通孔与衬底底部相连接并接地。GaN HEMT由AlGaN层与GaN层产生的二维电子气在漏极与源极之间产生导电通道，再由栅极通过电压控制二维电子气的开关控制信号的放大。
图1为本案发明人提供的一种传统GaN HEMT器件结构，包括衬底1以及依次叠层设置在衬底1上的氮化镓缓冲层2、氮化镓本征层3、铝镓氮层4，铝镓氮层3与氮化镓本征层4之间形成有二维电子气，以及，在铝镓氮层4上还生长有氮化硅层5，氮化硅层5上设置有栅极11、源极12、漏极13，氮化硅层5与栅极11、源极12、漏极13对应的区域开设有刻蚀窗口，栅极11、源极12、漏极13的部分设置在刻蚀窗口并通过所述刻蚀窗口与铝镓氮层形成接触，并且栅极11、漏极13还通过金属层14互联连接至顶层，源极12还通过导电通道16连接衬底1背面，场板15位于漏极13与栅极11之间，并通过金属互联与源极12连接。
传统的射频功放GaN HEMT主要采用source field plate技术，将场板与source端相接固定在零电位，通过设置不同氮化硅厚度来影响表面电势，然而，这会带来以下几个方面的问题：1)通过改变氧化层厚度影响表面电势，在制造之后无法再做变更，需要通过流片实验验证；2)固定场板电位，需要兼顾高压反偏态与导通态，在高可靠性与高性能之间做出某一方面的牺牲。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有可调电压的场板的GaN HEMT器件，以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具有可调电压的场板的GaN HEMT器件，包括：
依次叠层设置的异质结、介质层和绝缘结构层，所述异质结内形成有二维电子气，
源极、漏极和栅极，所述源极、漏极和栅极设置在所述介质层上并与所述异质结接触，所述源极和漏极能够通过所述二维电子气连接；以及，所述源极、漏极还分别与第一电连接结构、第二电连接结构连接，并分别经所述第一电连接结构、第二电连接结构引出至器件外部；
场板，至少所述场板的局部设置在所述栅极和漏极之间，且所述场板还与第三电连接结构连接，并经所述第三电连接结构引出至器件外部。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
1)本发明实施例提供的一种具有可调电压的场板的GaN HEMT器件，将场板通过电路引出至器件外部并形成外置端口，从而实现了对场板的电位调制；且在器件漏极承受大电压时，可以通过外置端口调节场板的电位并将器件表面电场拉平，进而实现了在不改变器件结构的情况下，减小栅极电场，增强器件的可靠性与使用寿命。
2)本发明实施例提供的一种具有可调电压的场板的GaN HEMT器件，在器件完全导通时，可以通过场板抬高电势，使场板下部区域的电场降低，避免了场板电势带来的二维电子气减少的问题，提升了器件的最大电流；
3)本发明实施例提供的一种具有可调电压的场板的GaN HEMT器件还通过调节电场，减弱了由于电场分布不均带来的电荷陷阱注入问题，由于栅极trap电荷带来的电流崩塌会导致导通电阻的增加，本发明减弱了电流崩塌现象，可以提高器件的工作效率。
附图说明
图1是本案发明人提供的一种传统GaN HEMT器件的结构示意图；
图2是本发明一典型实施案例中提供的一种具有可调电压的场板的GaN HEMT器件。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例提供的一种具有可调电压的场板的GaN HEMT器件，可以在使用中灵活调节表面电势，从而可以在不改变器件结构的情况下实现电场分布的最优化，最大化的发挥器件性能，并有效减小时间成本与实验成本，另外，本发明实施例提供的一种具有可调电压的场板的GaN HEMT器件在工作时，可以在场板上增加交流电压，从而使得GaN HEMT器件处于不同工作状态时，场板能够起到不同的作用，例如，在GaN HEMT器件处于高压无电流状态时，场板电势的主要作用为调节表面电场，使器件表面电场更加均匀，而在GaN HEMT器件处于导通状态时，场板电势的主要作用为减少表面耗尽、降低导通电阻。
本发明实施例提供了一种具有可调电压的场板的GaN HEMT器件，包括：
依次叠层设置的异质结、介质层和绝缘结构层，所述异质结内形成有二维电子气，
源极、漏极和栅极，所述源极、漏极和栅极设置在所述介质层上并与所述异质结接触，所述源极和漏极能够通过所述二维电子气连接；以及，所述源极、漏极还分别与第一电连接结构、第二电连接结构连接，并分别经所述第一电连接结构、第二电连接结构引出至器件外部；
场板，至少所述场板的局部设置在所述栅极和漏极之间，且所述场板还与第三电连接结构连接，并经所述第三电连接结构引出至器件外部。
进一步的，所述第一电连接结构、第二电连接结构和第三电连接结构是独立设置的。
进一步的，所述第一电连接结构自所述器件的第一表面引出，并于器件的第一表面形成第一连接端口，所述第二电连接结构、第三电连接结构分别自所述器件的第二表面引出，并分别于器件的第二表面形成第二连接端口、第三连接端口，其中，所述第一表面和第二表面背对设置。
进一步的，所述第二电连接结构、第三电连接结构贯穿所述绝缘结构层并自所述绝缘结构层的表面露出而分别形成第二连接端口、第三连接端口。
进一步的，所述第二电连接结构、第三电连接结构分别包括第一连接金属、第二连接金属。
进一步的，所述场板包括相互连接的第一部分和第二部分，所述第一部分设置在所述介质层上且位于所述栅极和漏极之间，所述第二部分设置在所述栅极上方并沿朝向源极的方向横向延伸。
进一步的，所述场板为单层或多层结构。
进一步的，所述异质结设置在缓冲层上，所述缓冲层设置在衬底上，所述第二电连接结构沿厚度方向贯穿所述异质结、缓冲层、衬底并自所述衬底的表面露出。
进一步的，所述第二电连接结构包括导电通道或第二连接金属。
在一些较为具体的实施方案中，所述的GaN HEMT器件包括：
依次叠层设置在衬底上的氮化镓缓冲层、氮化镓本征层、铝镓氮势垒层、氮化硅介质层和绝缘结构层，所述氮化镓本征层与铝镓氮势垒层之间形成有二维电子气；
源极、漏极和栅极，所述源极、漏极和栅极设置在所述氮化硅介质层上，且所述源极、漏极和栅极的局部贯穿所述氮化硅介质层并与铝镓氮势垒层接触，所述源极和漏极还能够通过所述二维电子气连接；以及，所述源极、漏极还分别与第一电连接结构、第二电连接结构连接，所述第一电连接结构沿沿厚度方向贯穿所述铝镓氮势垒层、氮化镓本征层、缓冲层、衬底并自所述衬底的表面露出而形成第一连接端口，所述第二电连接结构沿厚度方向贯穿所述绝缘结构层并自所述绝缘结构层的表面露出而形成第二连接端口；
场板，所述场板的部分设置在氮化硅介质层并位于所述栅极和漏极之间，其余部分设置在所述栅极的上方并沿朝向源极的方向横向延伸，所述场板还与第三电连接结构连接，所述第三电连接结构沿厚度方向贯穿所述绝缘结构层并自所述绝缘结构层的表面露出而形成第三连接端口。
如下将结合附图以及具体实施案对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，除非特别说明的之外，本发明实施例中的GaN HEMT器件的制作工艺可以采用本领域技术人员已知的。
实施例1
请参阅图2，一种具有可调电压的场板的GaN HEMT器件，其包括：
依次叠层设置在衬底21上的氮化镓缓冲层22、氮化镓本征层23、铝镓氮势垒层24、氮化硅介质层25和绝缘结构层26，所述氮化镓本征层23与铝镓氮势垒层24之间形成有二维电子气；
源极32、漏极33和栅极31，所述源极32、漏极33和栅极31设置在所述氮化硅介质层25上，且所述源极32、漏极33和栅极31的局部贯穿所述氮化硅介质层25并与铝镓氮势垒层24接触，所述源极32和漏极33还能够通过所述二维电子气连接；以及，所述源极32、漏极33还分别与第一电连接结构36、第二电连接结构34连接，所述第一电连接结构36沿沿厚度方向贯穿所述铝镓氮势垒层24、氮化镓本征层23、氮化镓缓冲层22、衬底21并自所述衬底21的表面(可以理解为背面)露出而形成第一连接端口，所述第二电连接结构34沿厚度方向贯穿所述绝缘结构层26并自所述绝缘结构层26的表面露出而形成第二连接端口；
场板35，所述场板35的部分设置在氮化硅介质层25并位于所述栅极31和漏极33之间，其余部分设置在所述栅极31的上方并沿朝向源极32的方向横向延伸，所述场板35还与第三电连接结构37连接，所述第三电连接结构37沿厚度方向贯穿所述绝缘结构层26并自所述绝缘结构层26的表面露出而形成第三连接端口。
具体的，所述第一电连接结构36、第二电连接结构34和第三电连接结构37均是独立设置的，所述第一连接端口、第二连接端口和第三连接端口也是相互独立设置的，所述第一电连接结构可以是连接金属或导电通道，所述第二电连接结构和第三电连接结构可以是连接金属；当然，所述第三电连接结构还可以是连接电路等。
具体的，所述场板35包括相互连接的第一部分和第二部分，所述第一部分设置在所述氮化硅介质层25上且位于所述栅极31和漏极33之间，所述第二部分设置在所述栅极31上方并沿朝向源极32的方向横向延伸，所述场板35的第二部分与第三电连接结构连接并经所述第三电连接结构引出形成独立的连接端口，场板的输出特性受场板的电势的影响，场板35的电势可以通过设置在器件外部的第三连接端口进行调制，需要说明的是，所述场板35可以是单层或多层结构。
具体的，所述氮化硅介质层25与源极32、漏极33和栅极31对应的电极区域开设有刻蚀窗口，所述源极32、漏极33和栅极31的局部设置在所述刻蚀窗口内并穿过所述刻蚀窗口而与铝镓氮势垒层24接触。
具体的，所述衬底21的材质可以是单晶硅、碳化硅或蓝宝石等。
对比例1
请参阅图1，一种GaN HEMT器件，包括衬底1以及依次叠层设置在衬底1上的氮化镓缓冲层2、氮化镓本征层3、铝镓氮层4，铝镓氮层3与氮化镓本征层4之间形成有二维电子气，以及
在铝镓氮层4上还生长有氮化硅层5，氮化硅层5上设置有栅极11、源极12、漏极13，氮化硅层5与栅极11、源极12、漏极13对应的区域开设有刻蚀窗口，栅极11、源极12、漏极13的部分设置在刻蚀窗口并通过所述刻蚀窗口与铝镓氮层形成接触，并且栅极11、漏极13还通过金属层14互联连接至顶层，源极12还通过导电通道16连接衬底1背面，场板15位于漏极13与栅极11之间，并通过金属互联与源极12连接。
本发明实施例提供的一种具有可调电压的场板的GaN HEMT器件，将场板通过电路引出至器件外部并形成外置端口，从而实现了对场板的电位调制；且在器件漏极承受大电压时，可以通过外置端口调节场板的电位并将器件表面电场拉平，进而实现了在不改变器件结构的情况下，减小栅极电场，增强器件的可靠性与使用寿命。
本发明实施例提供的一种具有可调电压的场板的GaN HEMT器件，在器件完全导通时，可以通过场板抬高电势，使场板下部区域的电场降低，从而减小与场板下二维电子气间电势差，进而避免了场板电势带来的二维电子气减少的问题，提升了器件的最大电流，同时，本发明实施例提供的一种具有可调电压的场板的GaN HEMT器件，在漏极高压时，还通过调节电场，降低场板结构电势，可以分担部分栅极电场，从而减弱了由于电场分布不均带来的电荷陷阱注入问题，进一步提高了器件性能。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有可调电压的场板的GaN HEMT器件，其特征在于包括：
依次叠层设置的异质结、介质层和绝缘结构层，所述异质结内形成有二维电子气，
源极、漏极和栅极，所述源极、漏极和栅极设置在所述介质层上并与所述异质结接触，所述源极和漏极能够通过所述二维电子气连接；以及，所述源极、漏极还分别与第一电连接结构、第二电连接结构连接，并分别经所述第一电连接结构、第二电连接结构引出至器件外部；
场板，至少所述场板的局部设置在所述栅极和漏极之间，且所述场板还与第三电连接结构连接，并经所述第三电连接结构引出至器件外部。
2.根据权利要求1所述的GaN HEMT器件，其特征在于：所述第一电连接结构、第二电连接结构和第三电连接结构是独立设置的。
3.根据权利要求1所述的GaN HEMT器件，其特征在于：所述第一电连接结构自所述器件的第一表面引出，并于器件的第一表面形成第一连接端口，所述第二电连接结构、第三电连接结构分别自所述器件的第二表面引出，并分别于器件的第二表面形成第二连接端口、第三连接端口，其中，所述第一表面和第二表面背对设置。
4.根据权利要求3所述的GaN HEMT器件，其特征在于：所述第二电连接结构、第三电连接结构贯穿所述绝缘结构层并自所述绝缘结构层的表面露出而分别形成第二连接端口、第三连接端口。
5.根据权利要求3所述的GaN HEMT器件，其特征在于：所述第二电连接结构、第三电连接结构分别包括第一连接金属、第二连接金属。
6.根据权利要求1所述的GaN HEMT器件，其特征在于：所述场板包括相互连接的第一部分和第二部分，所述第一部分设置在所述介质层上且位于所述栅极和漏极之间，所述第二部分设置在所述栅极上方并沿朝向源极的方向横向延伸。
7.根据权利要求1或6所述的GaN HEMT器件，其特征在于：所述场板为单层或多层结构。
8.根据权利要求1或6所述的GaN HEMT器件，其特征在于：所述异质结设置在缓冲层上，所述缓冲层设置在衬底上，所述第二电连接结构沿厚度方向贯穿所述异质结、缓冲层、衬底并自所述衬底的表面露出。
9.根据权利要求8所述的GaN HEMT器件，其特征在于：所述第二电连接结构包括导电通道或第二连接金属。
10.根据权利要求1所述的GaN HEMT器件，其特征在于包括：
依次叠层设置在衬底上的氮化镓缓冲层、氮化镓本征层、铝镓氮势垒层、氮化硅介质层和绝缘结构层，所述氮化镓本征层与铝镓氮势垒层之间形成有二维电子气；
源极、漏极和栅极，所述源极、漏极和栅极设置在所述氮化硅介质层上，且所述源极、漏极和栅极的局部贯穿所述氮化硅介质层并与铝镓氮势垒层接触，所述源极和漏极还能够通过所述二维电子气连接；以及，所述源极、漏极还分别与第一电连接结构、第二电连接结构连接，所述第一电连接结构沿沿厚度方向贯穿所述铝镓氮势垒层、氮化镓本征层、缓冲层、衬底并自所述衬底的表面露出而形成第一连接端口，所述第二电连接结构沿厚度方向贯穿所述绝缘结构层并自所述绝缘结构层的表面露出而形成第二连接端口；
场板，所述场板的部分设置在氮化硅介质层并位于所述栅极和漏极之间，其余部分设置在所述栅极的上方并沿朝向源极的方向横向延伸，所述场板还与第三电连接结构连接，所述第三电连接结构沿厚度方向贯穿所述绝缘结构层并自所述绝缘结构层的表面露出而形成第三连接端口。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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