一种具有多导电沟道及鳍式栅的增强型HEMT器件的制作方法

本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种具有多导电沟道及鳍式栅的增强型hemt(highelectronmobilitytransistor，高电子迁移率晶体管)器件。

背景技术：

基于gan材料的hemt在大电流、低功耗、高压开关器件应用领域具有广阔的应用前景。对于algan/ganhemt器件而言，增强型(常关型)hemt器件比耗尽型(常开型)hemt器件具有更多的优势。凹槽栅刻蚀能够有效地耗尽栅极下方二维电子气浓度，极大地提高阈值电压，实现增强型器件。基于这种刻槽的思想，鳍式栅通过侧壁耗尽2deg实现增强型，但其的槽结构占据了部分通路，会牺牲电流导通路径，严重影响器件的正向电流能力。

降低ganhemt器件的导通电阻和关态泄漏电流也是业界关注的问题之一。典型的gan基电力电子器件都是采用二维电子气沟道导电，导通电流被限制在单个二维平面内，很难进一步减小导通电阻而降低器件导通损耗；多导电沟道是一种有效提升电流能力的方法，但是多沟道的有效栅控是难点。传统的p-gan帽层及凹槽栅的耗尽作用局限在表面的二维电子气，无法有效耗尽深层导电沟道的二维电子气。

功率放大器的应用需要具有大跨导的器件来减小输入和输出之间的失真，传统的hemt无法满足要求。鳍式栅结构具有良好的栅控能力，因而具有较大的跨导，可以满足应用的需求。

技术实现要素：

本发明基于hemt器件应用的需要，提出了一种具有多导电沟道及鳍式栅的增强型hemt器件。通过引入多导电沟道来提高器件的电流能力，降低正向导通电阻。同时，通过鳍式栅来实现增强型并有效控制多沟道的开关，器件具有良好的栅控能力、小的亚阈区摆幅、大的跨导和好的阻断特性。

本发明的技术方案是

一种具有多导电沟道及鳍式栅的增强型hemt器件，包括沿器件垂直方向自下而上依次层叠设置的衬底层1、gan缓冲层2、势垒层3、沟道层4、algan层5及顶部gan层7，且势垒层3和沟道层4的组合重复层叠，重复次数为一次或多次；沿器件横向方向，所述的器件从一侧到另一侧依次具有漏极结构、鳍式栅结构和源极结构；

所述漏极结构沿器件垂直方向贯穿顶部gan层7达algan层5，由第一导电材料6构成；所述第一导电材料6上表面引出漏极；所述漏极结构为欧姆接触；

所述源极结构沿器件垂直方向贯穿顶部gan层7达algan层5，由第三导电材料8构成；所述第三导电材料8上表面引出源极；所述源极结构为欧姆接触；

所述器件横向方向和器件垂直方向相互垂直；

所述源、漏之间的器件上层，在纵向方向包含多个平行的槽，所述槽沿器件垂直方向从顶部gan层7贯穿至gan缓冲层2，槽底部与衬底层1不接触；所述鳍式栅结构在纵向上连续覆盖于多个平行的槽的底部、侧面以及相邻槽之间的表面，且其横向长度大于或等于槽的横向长度，由第二导电材料10构成；

所述器件纵向方向为同时与器件横向方向和器件垂直方向均垂直的第三维度方向。

本发明总的技术方案，基于鳍式栅结构，引入aln/algan/inaln及gan叠层结构形成多导电沟道，降低器件的正向导通电阻，提升正向电流能力；鳍式栅能有效控制多沟道的开关；同时，鳍式栅可以实现增强型且栅控能力较强，因此器件具有大跨导和小的亚阈区摆幅；在反向阻断时，鳍式栅可以减小泄漏电流，提升器件的阻断特性，器件具有较高的耐压。

进一步的，所述鳍式栅结构为肖特基接触。

进一步的，所述鳍式栅为金属绝缘层半导体栅结构。

进一步的，所述源极结构和漏极结构在纵向方向的两端垂直贯穿顶部gan层7至gan缓冲层2；所述源极结构和漏极结构与衬底层1不接触。

进一步的，所述第一导电材料6、第二导电材料10和第三导电材料8为ti、al、ni、au中的一种或多种的组合。

进一步的，所述衬底1材料为蓝宝石、si、sic、aln、gan、algan中的一种或几种的组合。

进一步的，所述势垒层3为aln、inaln和algan中的一种或几种的组合。

进一步的，所述沟道层4为gan和algan中的一种或几种的组合。

本发明的有益效果是，相对于传统增强型hemt结构，本发明具有更低的正向导通电阻，更大的跨导及更小的亚阈值摆幅，同时具有更小的反向泄漏电流及更好的反向阻断特性。

附图说明

图1是实施例1的三维结构示意图；

图2是图1中沿aa’线的剖面图；

图3是实施例2的三维结构示意图；

图4是图3中沿bb’线的剖面图；

图5是实施例3的三维结构示意图；

图6是实施例4的三维结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本例的hemt器件，包括沿器件垂直方向自下而上依次层叠设置的衬底层1、gan缓冲层2、势垒层3、沟道层4、algan层5及顶部gan层7，且势垒层3和沟道层4的组合重复层叠，重复次数为三次；沿器件横向方向，所述的器件从一侧到另一侧依次具有漏极结构、鳍式栅结构和源极结构；

所述漏极结构沿器件垂直方向贯穿顶部gan层7达algan层5，由第一导电材料6构成；所述第一导电材料6上表面引出漏极；所述漏极结构为欧姆接触；

所述源极结构沿器件垂直方向贯穿顶部gan层7达algan层5，由第三导电材料8构成；所述第三导电材料8上表面引出源极；所述源极结构为欧姆接触；

所述源、漏之间的器件上层，在纵向方向包含三个平行的槽，所述槽沿器件垂直方向从顶部gan层7贯穿至gan缓冲层2，槽底部与衬底层1不接触；所述鳍式栅结构在纵向上连续覆盖于三个平行的槽的底部、侧面以及相邻槽之间的表面，形成三栅结构，且其横向长度大于或等于槽的横向长度，由第二导电材料10构成。

本例的工作原理是栅上接正电位后，随着栅压的提高栅下产生电子积累层，鳍式栅侧壁被耗尽的二维电子气恢复，电子通过二维电子气从源极被抽到漏极，器件正向导通。栅上接负电位后，栅下二维电子气沟道开始被耗尽，直至消失器件进入阻断模式。同时，由于多层导电沟道均经过鳍式栅，其被鳍式栅有效控制，解决了于多层导电沟道的栅控难点。由于多层导电沟道的存在，器件具有更小的正向导通电阻和更大的正向电流能力。

实施例2

本例与实施例1的区别是，本例中所述鳍式栅为金属绝缘层半导体栅结构(mis栅)。相比于实施例1，本例的优点是mis栅相比肖特基栅具有更好的界面特性，mis栅器件的栅漏电流更小，在反向阻断时具有更小的泄漏电流和更高的耐压。

实施例3

本例与实施例1的区别是，本例中源极结构和漏极结构在纵向方向的两端垂直贯穿顶部gan层7至gan缓冲层2；源极结构和漏极结构与衬底层1不接触。相比于实施例1，本例的优点是通过伸入器件内部的电极提供更多的源/漏极的电子流通路径，使得多沟道的电子电流能够被有效收集。

实施例4

本例与实施例2的区别是，本例中源极结构和漏极结构在纵向方向的两端垂直贯穿顶部gan层7至gan缓冲层2；源极结构和漏极结构与衬底层1不接触。相比于实施例2，本例的优点是通过伸入器件内部的电极提供更多的源/漏极的电子流通路径，使得多沟道的电子电流能够被有效收集。