高电子迁移率场效应晶体管及其制作方法技术

一种高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)包括在栅极和漏极之间的漂移区域中的二维电子气(2DEG)，所述2DEG具有在所述漂移区域中沿从所述栅极至所述漏极的方向上逐渐增加的非均匀横向2DEG分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请涉及于2013年5月23日提交的题为“HEMTGaNDevicewithaNon-UniformLateralTwo-DimensionalElectronGasProfileandProcessforManufacturingtheSame”的美国专利申请No.13/478，609号，还涉及于2012年5月23日提交的题为“Non-UniformTwo-DimensionalElectronGasProfileinIII-NitrideHEMTdevice”的美国专利申请No.13/479，018号，其全部内容通过引用合并于此。此外，本申请还涉及并要求于2013年5月23日提交的题为“ControllingLateralTwo-DimensionalElectronHoleGasHEMTinTypeIII-NitrideDevicesUsingIonImplantationThroughGrayScaleMask”的美国专利申请No.13/478，402号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
本专利技术示出了利用通过灰度掩膜的离子注入在III族氮化物器件中设置可控制的横向二维电子气的高电子迁移率晶体管(HEMT)及其制作方法。本专利技术涉及III族氮化物HEMT器件，尤其涉及在漂移区域中的二维电子气(2DEG)。
技术介绍
高电子迁移率晶体管(HEMT)为一种具有在两种不同带隙的材>料之间形成的结(即，异质结)的场效应晶体管。氮化镓(GaN)HEMT由于其大功率性能而广受关注。在功率应用中采用的III族氮化物HEMT器件中，存在对导通电阻和击穿电压(BV)之间的权衡。由于BV和导通电阻之间的关系最少为二次关系，因此对于给定的漂移区域长度，BV的改善会导致器件中的FOM(定义为BV2/Ron)的显著改善。在现有技术中，具有均匀2DEG密度的III族氮化物HEMT器件会导致在栅极区域之下或附近处出现峰值电场。这种电场分布形状趋向于矩形，而不是所期望的可以降低器件的漂移区域单位长度的击穿电压的梯形。场板和多级场板的使用是用于改进电场分布而采用的一些技术。但是，场板通常导致出现多个峰值并且不能够获得理想的平坦的电场分布，而可能呈现出锯齿形分布。场板还会增加栅-漏电容。此外，场板级数的增加会增大处理复杂度和成本。Furukawa的美国专利No.7，038，253描述了以硅(Si)技术制备的GaN基器件，其中在漂移区域内采用了均匀的2DEG分布。由于在此Furukawa的器件中没有采用任何场成形技术，源漏之间的击穿电压和动态导通电阻受到栅极区域下电场的局域增强的限制，因此需要对这种器件能够获得的品质因数(figureofmerit，FOM)降低了的器件进行保守设计。在H.Xing等的“HighBreakdownVoltageAlGaN/GaNHEMTsAchievedByMultipleFieldPlates”中，描述了采用多场板的场成形技术以改进电场分布。但是，多场板不能获得均匀的电场，可能具有锯齿形的分布，并且带来了栅-漏电容。实施这种器件结构还会增加器件复杂度和成本。需要对III族氮化物HEMT器件的FOM进行显著的改善，尤其需要改善对于给定漂移区域长度的击穿电压，从而改善器件的FOM(定义为BV2/Ron)。本专利技术的实施例公开了上述问题和其他需求的解决方案。
技术实现思路
在本文公开的第一实施例中，一种高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)包括在栅极和漏极之间的漂移区域中的二维电子气(2DEG)，所述2DEG具有在所述漂移区域中沿从所述栅极至所述漏极的方向逐渐增大的非均匀横向2DEG分布。在本文公开的另一个实施例中，一种高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)包括在栅极和漏极之间的载流子供应层的漂移区域中的晶格损伤，其中所述晶格损伤在所述漂移区域中沿从所述栅极至所述漏极的方向逐渐减少。在本文公开的又一个实施例中，一种制造高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)的方法，包括：在衬底上形成沟道载流子输运层；在所述沟道载流子输运层上形成载流子供应层；在载流子供应层上形成掩膜层，所述掩膜层被配置为与从栅极至漏极的漂移区域对齐，并且被配置为在从所述栅极至所述漏极的方向上具有横向的变化；以及注入粒子穿过所述掩膜层并且进入所述载流子供应层。通过下文的详细描述和附图，将会清楚地示出本专利技术的这些或其他特征和有利效果。在附图和说明书中，数字表明不同的特征，在全部附图和说明书中，类似的数字代表类似的特征。附图说明图1示出了根据本专利技术的实施例的采用灰度掩膜来控制离子注入，使其在漂移区域中呈现锥形。图2示出了根据本专利技术的在III族氮化物器件中锥形的二维电子气(2DEG)电荷密度。图3A至图3C为根据本专利技术的制作III族氮化物HEMT器件的方法的流程图。具体实施方式在下文中，示出了许多具体的细节以清楚地描述本专利技术公开的各种具体实施例。但是，本领域技术人员应该可以理解到本专利技术可以在不具备以下讨论的具体细节的情况下实施。在其他情况下，并未描述公知特征以免混淆本专利技术。参考图1，示出了场效应晶体管(FET)器件结构10。FET器件结构10包括在衬底12(其可为任何常见的用于生长III族氮化物材料的合适衬底)上的III-V族层(例如GaN层14和AlGaN层16)堆叠。合适的衬底包括但不限于硅(Si)、蓝宝石、碳化硅(SiC)、和体单晶氮化镓(GaN)。III-V族层堆叠可以包括在衬底12上生长的GaN或铝镓氮(AlGaN)缓冲层。随后在缓冲层上生长沟道层，例如GaN层14，其也被称为沟道载流子输运层。随后在GaN层14上生长势垒层，例如AlGaN层16，其也被称为载流子供应层。在GaN层14和AlGaN层16之间可以设置AlN分隔层以改进器件的电学性能。在AlGaN层16上生长合适的掩膜层50，其可以为Si3N4。该掩膜层50作为用于阻止通过离子注入52注入的离子中的大多数到达AlGaN层16的掩膜层。仅使一小部分的注入离子(高斯分布的带尾部分处)到达AlGaN层16，从而对晶格带来损伤。成功到达AlGaN层16的那一小部分离子理想上不会过深地穿透进入AlGaN层16。此外，掩膜层50被配置为沿场效应晶体管(FET)的栅极和漏极之间的漂移区域改变注入的离子的浓度。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)，包括：在栅极和漏极之间的漂移区域中的二维电子气(2DEG)，所述2DEG具有在所述漂移区域中沿从所述栅极至所述漏极的方向逐渐增大的非均匀横向2DEG分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.23 US 13/478,402;2012.05.23 US 13/478,609;1.一种高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)，包括：
在栅极和漏极之间的漂移区域中的二维电子气(2DEG)，所述
2DEG具有在所述漂移区域中沿从所述栅极至所述漏极的方向逐渐增
大的非均匀横向2DEG分布。
2.如权利要求1所述的HEMT，还包括：
在所述栅极和所述漏极之间的载流子供应层的漂移区域中的晶
格损伤；
其中所述晶格损伤在所述漂移区域中沿从所述栅极至所述漏极
的方向逐渐减少。
3.如权利要求1所述的HEMT，还包括：
衬底；
在所述衬底上的沟道载流子输运层；以及
在所述沟道载流子输运层上的载流子供应层。
4.如权利要求3所述的HEMT，其中：
所述衬底包括硅(Si)、蓝宝石、碳化硅(SiC)、或体单晶氮
化镓(GaN)；
所述沟道载流子输运层包括GaN层；以及
所述载流子供应层包括AlGaN层。
5.如权利要求4所述的HEMT，还包括：
在所述AlGaN层上的钝化层；以及
其中所述栅极包括：
延伸穿过所述钝化层并且进入所述AlGaN层的栅极金属；以
及
环绕延伸穿过所述钝化层并且进入所述AlGaN层的所述栅极

\t金属的栅极绝缘层。
6.如权利要求4所述的HEMT，还包括：
在所述AlGaN层上方的钝化层；以及
其中所述栅极包括：
延伸穿过所述钝化层和所述AlGaN层并且进入所述GaN层的
栅极金属；以及
环绕延伸穿过所述钝化层和所述AlGaN层并且进入所述GaN
层的所述栅极金属的栅极绝缘层。
7.一种高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)，包括：
在栅极和漏极之间的载流子供应层的漂移区域中的晶格损伤；
其中所述晶格损伤在所述漂移区域中沿从所述栅极至所述漏极
的方向逐渐减少。
8.如权利要求7所述的HEMT，还包括：
在所述栅极和所述漏极之间的所述漂移区域中的二维电子气
(2DEG)，所述2DEG具有在所述漂移区域中沿从所述栅极至所述漏
极的方向逐渐增大的非均匀横向2DEG分布。
9.如权利要求7所述的HEMT，还包括：
衬底；
在所述衬底上的沟道载流子输运层；以及
在所述沟道载流子输运层上的载流子供应层。
10.如权利要求9所述的HEMT，其中：
所述衬底包括硅(Si)、蓝宝石、碳化硅(SiC)、或体单晶氮
化镓(GaN)；
所述沟道载流子输运层包括GaN层；以及
所述载流子供应层包括AlGaN层。
11.如权利要求10所述的HEMT，还包括：
在所述AlGaN层上方的钝化层；以及
其中所述栅极包括：
延伸穿过所述钝化层并且进入所述AlGaN层的栅极金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨梅·哈利勒，卡里姆·S·保特罗斯，
申请(专利权)人：HRL实验室有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US