[发明专利]一种用于GaN基HEMT器件的自适应偏置场板

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及到一种用于GaN基HEMT(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)器件的自适应偏置场板。

背景技术

基于GaN材料的高电子迁移率晶体管(HEMT)，由于高的电子饱和速度、二维电子气(2DEG)沟道中高浓度电子以及较高的临界击穿电场，使得其在大电流、低功耗、高压开关器件应用领域具有巨大的应用前景。

功率开关器件的关键是实现高击穿电压、低导通电阻和高可靠性。HEMT器件的击穿是由于栅肖特基结的泄漏电流和通过缓冲层的泄漏电流引起的。要提高器件耐压，纵向上需要增加缓冲层的厚度和质量，这主要由工艺技术水平决定；横向上需要漂移区长度增加，这不仅使器件(或电路)的芯片面积增加、成本增大，更为严重的是，器件的导通电阻增大，进而导致功耗急剧增加，且器件开关速度也随之降低。

为了充分利用GaN材料的高临界击穿电场等优异特性，提高器件耐压，业内研究者进行了许多研究。借助于Si基器件中成熟的结终端技术，研究者将其应用到HEMT中，极大的改善了器件的性能。场板技术是一种用来改善器件耐压的常用终端技术，文献(J.Li,et.al.【High breakdown voltage GaN HFET with field plate】IEEE Electron Lett.,vol.37,no.3,pp.196–197,February.2001.)采用了与栅短接的场板，称为栅场板，如图1所示；图2是常规的场板与源短接，称为源场板。场板的引入可以降低主结的曲率效应和电场尖峰，从而提高耐压，同时场板的制作工艺十分简单。然而在场板边缘处引入新的电场峰值，击穿易发生在表面处；同时，与栅和源电极连接的金属场板会使器件寄生电容增大，影响器件的高频和开关特性。针对金属场板会在场板末端产生高电场这一缺点，文献(X.Huili,et.al.【High breakdown voltage AlGaN/GaN HEMTs achieved by multiple field plates】IEEE Electron Device Lett.,vol.25,no.4,pp.161–163,Apr.2004.)采用多层场板，如图3所示。多层场板的提出获得了比单个场板更高的耐压，然而其工艺实现难度较大，且大大增加了器件的栅漏电容。为此，文献(Eldad Bahat-Treidel,et.al.【AlGaN/GaN/AlGaN DH-HEMTs Breakdown Voltage Enhancement Using Multiple Grating Field Plates(MGFPs)】IEEE Transactions on Electron Devices,vol.57,no.6,pp.1208-1216,June 2010)提出了并排的多个场板，如图4所示，场板与栅电气相连或者浮空，但是当场板与栅相连时，器件的寄生电容同样会增大，且场板与栅、源、漏或其他固定电位电气连接时，场板上的偏置电压被限定，不能充分发挥场板优化电场、提高击穿电压的功能。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述问题，提供一种用于GaN基HEMT器件的自适应偏置场板。

本发明的技术方案：一种用于GaN基HEMT器件的自适应偏置场板，所述GaN基HEMT器件包括主器件HEMT区1、辅助二极管区2以及将主器件HEMT区1和辅助二极管区2横向隔离的隔离区3；其特征在于，所述自适应偏置场板4纵向连接主器件HEMT区1、辅助二极管区2和隔离区3；其中，

所述主器件HEMT区1包括衬底5、位于衬底5上层的缓冲层6、位于缓冲层6上层的势垒层7和位于势垒层7上层的钝化层8；所述势垒层7上表面两端分别设置有源电极和漏电极，在源电极和漏电极之间设置有栅电极；所述自适应偏置场板4位于主器件HEMT区1的部分设置在栅电极和漏电极之间的钝化层8的上表面；

所述辅助二极管区2包括衬底51、位于衬底51上层的缓冲层61、位于缓冲层61上层的势垒层71和位于势垒层71上层的钝化层81；所述势垒层71上表面的两端分别设置有阳极和阴极；所述阳极与源电极的位置相对应并建立电气连接，所述阴极与漏电极的位置相对应并建立电气连接；所述自适应偏置场板4位于辅助二极管区2的部分嵌入在钝化层81中并与势垒层71的上表面连接。