半导体场效晶体管、包含其的功率放大器以及其制造方法技术

一种半导体场效晶体管、包含其的功率放大器以及其制造方法，其在通道层内靠近二维电子气区域边界的位置设置一n型掺杂层；所述n型掺杂层用于改变晶体管中电子浓度在空间中的分布，并改善整体元件的射频线性度；通过能透过电荷的调节而控制阈值电压，更得以降低接触及串联电阻。串联电阻。串联电阻。

【技术实现步骤摘要】
半导体场效晶体管、包含其的功率放大器以及其制造方法


[0001]本专利技术主要涉及半导体装置，但并非以此为限；本专利技术尤其涉及一种半导体场效晶体管、包含其的功率放大器以及其制造方法。

技术介绍

[0002]随着无线通讯系统以及移动装置蓬勃发展以及普及化，产业对于射频(Radio Frequency,RF)功率元件的需求也逐渐攀升；尤其在5G基础建设的应用市场中，为了实现降低成本、提高效率以及扩大频宽等目的，优良的射频元件更是扮演着不可或缺的角色。
[0003]半导体场效晶体管中，氮化铝镓(AlGaN)/氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistors,HEMTs)具有低导通电阻，高电流密度，大崩溃电压等优势，因此被视为射频功率元件的热门技术选项。上述优异性质主要归功于GaN卓越的材料特性，例如宽能隙(bandgap)、高临界电场(critical electric field)与高电子饱和速度(saturation velocity)。此外，GaN独特的极化效应使得AlGaN/GaN异质结构得以在未掺杂的情况下在界面区块感应形成二维电子气(two dimensional electron gases,2DEG)，进而令AlGaN/GaNHEMTs能够输出大电流工作，且有非常低的导通电阻。
[0004]另一方面，功率放大器的线性度(linearity)在无线通讯相关领域中也是相当重要的衡量指标。线性度的提升得以降低功率元件不同频率信号之间的相互调变失真(intermodulation distortion)，尤其是针对三阶相互调变失真(third
‑
order intermodulation distortion)，进而减少通讯系统的噪声。经研究发现，元件的转导(transconductance,g
m
)相对闸极
‑
源极电压(V
gs
)的数值分布若越平缓/均一，或者的数值越低，则其元件具有越佳的线性度表现。

技术实现思路

[0005]
技术实现思路
旨在提供本专利技术的简化摘要，以令阅读者对本专利技术具备基本的理解。此
技术实现思路
并非本专利技术的完整概述，且其用意并非指出本专利技术实施例的重要或关键元件或界定本专利技术的范围。
[0006]本专利技术人发现，熟知的半导体场效晶体管时常在特定的V
gs
数值范围内表现出至少一段g
m
的突出峰值，致使其产生线性度不佳的疑虑。本专利技术人还发现，晶体管当中的电子浓度在空间中的分布与g
m
相对V
gs
的数值分布具有高度相关性；其中所述晶体管中的电子特别是指通道层中的电子群，例如：局限于位能阱的二维电子气(two dimensional electron gases,2DEG)；或者是透过掺杂所形成的掺杂通道(doped channel)等。本专利技术人认为，通过调控所述电子群的分布情形，可有效调整元件的转导相对闸极
‑
源极电压的数值分布，进一步改善元件的线性度。有鉴于此，本专利技术提供一种半导体场效晶体管，其通道层设有一n型掺杂层；所述n型掺杂层用于改变晶体管中电子浓度在空间中的分布，并改善整体元件的射频线性度；据此制成的半导体场效晶体管不但可透过电荷的调节而控制阈值电压，还可以
降低其电阻。
[0007]具体而言，本专利技术一方面提供一种半导体场效晶体管，其包括一通道层、一障壁层、一闸极、一源极以及一汲极。其中，该障壁层，设置于该通道层上方，且该通道层以及该障壁层是由不同材料制成，且该通道层中靠近该障壁层处具有一二维电子气区域；该闸极设置于该障壁层上方；该源极以及该汲极则分设于该闸极的两端；其中，该通道层进一步包括一n型掺杂层，其设置于该二维电子气区域的边界处。
[0008]根据本专利技术的一实施例，该n型掺杂层包括一硅掺杂物。
[0009]根据本专利技术的一实施例，该n型掺杂层具有一电子面积浓度，该电子面积浓度为1.5*10
12
至6*10
12
ns*cm
‑2之间；其中该n型掺杂层包括一高浓度电子群，其电子浓度为1.5*10
19
至3*10
19
ns*cm
‑3之间。
[0010]根据本专利技术的一实施例，该n型掺杂层与该通道层及该障壁层的接面相距60至100埃之间。
[0011]根据本专利技术的一实施例，该通道层是以非故意掺杂或是未掺杂GaN所制成，而该障壁层是以非故意掺杂或是未掺杂AlGaN所制成。
[0012]根据本专利技术的一实施例，所述的半导体场效晶体管进一步包括一钝化层设于该障壁层上，且该钝化层覆盖至少一部分的该源极、该闸极以及该汲极的上表面。
[0013]根据本专利技术的一实施例，所述的半导体场效晶体管进一步包括一缓冲层，设置该通道层下方。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，所述的半导体场效晶体管是一调变掺杂场效晶体管(Modulation
‑
Doped Field
‑
Effect Transistor,MODFET)、一高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor,HEMT)、一金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal
‑
Oxide
‑
Semiconductor Field
‑
Effect Transistor,MOSFET)、一金属半导体场效应晶体管(Metal
‑
Semiconductor Field
‑
Effect Transistor,MESFET)或一金属绝缘体半导体场效晶体管(Metal
‑
Insulator
‑
Semiconductor Field
‑
Effect Transistor,MISFET)。
[0015]本专利技术另一方面提供一种功率放大器，其包含如上所述的半导体场效晶体管。
[0016]本专利技术又另一方面提供一种制造半导体场效晶体管的方法，其包括：在一基板上方形成一缓冲层；在该缓冲层上方形成一通道层，并在该通道层内形成一n型掺杂层；在该通道层上方形成一障壁层；在该障壁层上方形成一闸极，并在该闸极的两端分别形成一源极及一汲极。
[0017]根据本专利技术的一实施例，形成该n型掺杂层是以一硅掺杂物所掺杂形成。
[0018]根据本专利技术的一实施例，该n型掺杂层形成后具有一电子面积浓度，该电子面积浓度为1.5*10
12
至6*10
12
ns*cm
‑2之间；其中该n型掺杂层包括一高浓度电子群，其电子浓度为1.5*10
19
至3*10
19
ns*cm
‑3之间。
[0019]根据本专利技术的一实施例，形成该n型掺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体场效晶体管，其特征在于，包括：一通道层；一障壁层，设置于所述通道层上方；一闸极，设置于所述障壁层上方；以及一源极以及一汲极，分设于所述闸极的两端；其中，所述通道层以及所述障壁层由不同材料制成，且所述通道层中靠近所述障壁层处具有一二维电子气区域；其中，所述通道层还包括一n型掺杂层，其设置于所述二维电子气区域的边界处。2.如权利要求1所述的半导体场效晶体管，其特征在于，所述n型掺杂层包括一硅掺杂物。3.如权利要求1所述的半导体场效晶体管，其特征在于，所述n型掺杂层具有一电子面积浓度，所述电子面积浓度为1.5*10
12
至6*10
12
ns*cm
‑2之间；其中所述n型掺杂层包括一高浓度电子群，其电子浓度为1.5*10
19
至3*10
19
ns*cm
‑3之间。4.如权利要求1所述的半导体场效晶体管，其特征在于，所述n型掺杂层与所述通道层及所述障壁层的接面相距60至100埃之间。5.如权利要求1所述的半导体场效晶体管，其特征在于，所述通道层是通过非故意掺杂或是未掺杂GaN所制成，所述障壁层是通过非故意掺杂或是未掺杂AlGaN所制成。6.如权利要求1所述的半导体场效晶体管，其特征在于，还包括一钝化层设于所述障壁层上，且所述钝化层覆盖至少一部分的所述源极、所述闸极以及所述汲极的上表面。7.如权利要求1所述的半导体场效晶体管，其特征在于，还包括一缓冲层，设置于所述通道层下方。8.如权利要求1至7中任一项所述的半导体场效晶体管，其特征在于，所述半导体场效晶体管为一调变掺杂场效晶体管(Modulation
‑
Doped Field
‑
Effect Transistor,MODFET)、一高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor,HEMT)、一金属氧化物半...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴展兴，
申请(专利权)人：超赫科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：