[发明专利]一种GaNFinFETHEMT器件

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种GaN FinFET HEMT器件。

背景技术

GaN作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表之一，与传统的半导体材料 Si、GaAs相比，具有禁带宽度宽、击穿电场大、电子饱和漂移速度高、介电常数小以及良好的化学稳定性等特点。特别是基于GaN材料的AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)结构具有更高的电子迁移率(高于1800cm²V^-1s^-1) 和二维电子气(2DEG)面密度(约10¹³cm^-2)，使得基于GaN材料器件在射频领域和电力电子领域都具有非常明显的优势。

随着技术的发展，GaN HEMT器件的电流密度逐步得到了提升，主要是通过增加单位栅宽的电流和单位面积的栅宽来实现，即单栅宽电流密度和单位面积的栅宽。对于单栅宽电流密度，主要是通过减小沟道电阻，特别是栅控制沟道的电阻来实现，如优化、减少栅长，或则减少栅界面态密度提高沟道电子浓度和迁移率。而对于提高单位面积的栅宽方法，主要是通过优化减少原胞的尺寸，如优化源栅、栅漏之间的间隔来实现。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种GaN FinFET HEMT 器件，其可以有效增加单位面积的栅宽，突破当前二维栅结构下的电流密度的限制。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种GaN FinFET HEMT器件，所述GaN FinFET HEMT器件的栅结构采用了三维立体FinFET栅结构，即芯片有源区表面具有规则有序的台面和凹槽，在台面的顶部、底部和侧壁区域都具有栅结构，并且在这三个区域也都具有源、漏极。

进一步，所述台面为垂直台面或倾斜台面。

进一步，所述台面的深度要大于总的外延层的厚度；总的外延层包括GaN 缓冲层和GaN沟道层。

进一步，所述GaN FinFET HEMT器件包括MES HEMT、MOS沟道HEMT和 MIS-HEMT。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明利用比较成熟的衬底台面刻蚀技术，通过在衬底上规则有序的刻蚀台面结构，在台面结构表面上生长GaN外延层，再进行器件制作工艺，形成三维立体的FinFET栅结构。本发明可以有效增加单位面积的栅宽，突破当前二维栅结构下的电流密度的限制。

本发明可应用于各种不同的GaN HEMT截面结构的器件，通过改变垂直于截面方向的栅的结构，采用三维立体的FinFET栅结构，有效的增加了器件的总栅宽和单位芯片面积的栅宽。

附图说明

图1为MES HEMT器件结构的截面示意图；

图2为MOS沟道HEMT器件结构的截面示意图；

图3为凹槽结构HEMT器件结构的截面示意图；

图4为现有技术中平面栅结构的GaN HEMT器件；

图5为本发明三维立体的FinFET栅结构HEMT器件的结构示意图；

图6为图5中B-B’的截面结构示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

如图1-3所示，GaN HEMT器件有各种不同的结构，如MES HEMT、MOS沟道 HEMT、MIS-HEMT等多种，其均包括衬底1、AlN成核层2、GaN缓冲层3、GaN 沟道层4、AlN插入层5、AlGaN势垒层6、GaN帽层7、漏极8、源极9和栅极10，本发明可应用于各种不同的GaN HEMT截面结构的器件，通过改变垂直于截面方向的栅的结构，采用三维立体的FinFET栅结构，有效的增加了器件的总栅宽和单位芯片面积的栅宽。

如图4所示，现有技术中的GaN HEMT器件，是一种平面的栅结构，器件的所有栅沟道分布在源漏的同一个平面上，总的栅宽受到了芯片面积及源漏区域的限制。