一种场效应晶体管（FET）包括：III族氮化物沟道层；沟道层上的III族氮化物势垒层，其中势垒层的能带带隙大于沟道层的能带带隙；与一个III族氮化物层电耦接的源极；与一个III族氮化物层电耦接的漏极；用于将栅极与势垒层和沟道层电绝缘的栅极绝缘层叠层，其包括例如SiN的绝缘层，以及AlN层；位于源极与漏极之间的区域的栅极，其与绝缘层接触；并且其中AlN层与一个III族氮化物层接触。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种场效应晶体管（FET）包括：III族氮化物沟道层；沟道层上的III族氮化物势垒层，其中势垒层的能带带隙大于沟道层的能带带隙；与一个III族氮化物层电耦接的源极；与一个III族氮化物层电耦接的漏极；用于将栅极与势垒层和沟道层电绝缘的栅极绝缘层叠层，其包括例如SiN的绝缘层，以及AlN层；位于源极与漏极之间的区域的栅极，其与绝缘层接触；并且其中AlN层与一个III族氮化物层接触。【专利说明】11I族氮化物金属绝缘体半导体场效应晶体管相关申请的交叉引用本申请要求在2011年7月29日提交的美国临时申请N0.61/513426的优先权，此临时申请被全文引用并入本文。本申请涉及在2010年10月21日提交的美国专利申请N0.12/909，497，其于2012年2月28日发布为美国专利N0.8，124，505。
本专利技术涉及一种III族氮化物场效应晶体管(FET)，尤其涉及金属绝缘体半导体场效应晶体管的器件结构与制造方法。
技术介绍
由于GaN绝佳的材料特性，由其制造的晶体管适用于高压、高温与高速操作。GaN晶体管的一个关键应用为制造开关器件，能够控制电功率流。对于功率开关应用，其强烈需求使用常闭型晶体管。为了实现常闭操作，必须存在一个栅极介电层，其允许在栅极上施加正向偏压，且同时不会有俘获或泄露问题。在现有技术中，栅极介电层通常包括二氧化硅(Si02)、氮化硅(SiN)与氧化铝(Al2O3X虽然这些介电层均为阻挡电流泄露的有效候选材料，但这些栅极绝缘层与III族氮化物半导体界面处存在较高的界面陷阱态密度。这些陷阱态会引起不期望的阈值电压漂移。这些陷阱态也会在源极与漏极之间带来一个附加的泄露通道。在以下文献中描述了使用AlN介质层作为栅极绝缘层:T.Hashi zume, Ε.Alekseev, D.Pavlidis, K.Boutros, and J.Redwing, “Capacita nce-VoltageCharacterization of AlN/GaN Metal-1nsulator-Semicond uctor Structures Grownon Sapphire Substrate by Metalorganic Ch emical Vapor Deposition,，，Jounal ofApplied Physics, vol.88, n0.4, pp.1983-1986, Aug2000 ；以及 T.Chen, G.Jiao, Z.Li, F.Li, K.Sh ao, and N.Yang, “AlGaN/GaN MIS HEMT with ALD Dielectric,，，Digest of CSMANTECh Conference, pp.227-230，Apri12006。在上述参考文献中描述的由AlN形成的栅极绝缘层或介电层具有正向栅极泄漏电流仍然过高的缺点，其在正向栅极偏压为3V时的典型正向栅极泄漏电流超过10 μ A/mm。S.D.Burnham, K.Boutros, P.Hashimoto, C.Butler, D.ff.S.Wong, M.Hu, andM.Micovic, “Gate-recessed Normally-off GaN-on-Si HEMT using a new 02/BC13DigitalEtching Technique, ”at ICNS_8Jeju, Korea, 2009 ;以及在 2010 年 10 月 21 日提交的美国专利申请N0.12/909, 497中描述了用于实施一个精确深度控制与良好均匀性的栅极凹槽刻蚀的方法。具有低界面陷阱密度与低泄露的栅极介电层是GaN器件的长期需求。研究人员尝试在III族氮化物半导体内使用各种不同的介电层以用于栅极绝缘层。如上述讨论，尽管研究了多年，但并未成功地同时获得低栅极泄漏电流以及由阈值电压滞回、最大漏极电流密度与截止状态漏极泄露电流显示的低界面陷阱密度，尤其是在常闭型晶体管中。因此，需要可以与III族氮化物半导体形成良好界面、并且具有低界面陷阱密度与极低泄露电流的栅极绝缘层。同时还需要阈值电压大于3V、阈值电压滞回小于0.3V、栅极泄漏电流密度小于10 μ A/mm、截止状态漏极泄露电流小于10 μ A/mm、最大漏极电流密度大于150mA/mm。本专利技术公开的实施例尝试满足这些与其他需求。
技术实现思路
在本专利技术的第一个实施例中，一种场效应晶体管(FET)包括:111族氮化物沟道层；ΙΠ族氮化物势垒层，其位于沟道层上，其中势垒层的能带带隙大于沟道层的能带带隙；源极，其与一个III族氮化物层电耦接；漏极，其与一个III族氮化物层电耦接；栅极绝缘层叠层，其用于将栅极与势垒层和沟道层电绝缘，该栅极绝缘层叠层包括例如SiN的绝缘层和A1N层；以及栅极，其位于源极与漏极之间的区域，并与绝缘层接触，以及其中A1N层与一个III族氮化物层接触。在本专利技术的另一个实施例中，一种制造场效应晶体管的方法包括:在衬底上方形成III族氮化物沟道层；在沟道层上形成III族氮化物势鱼层，其中势鱼层的能带带隙大于沟道层的能带带隙；形成与一个III族氮化物层电稱接的源极；形成与一个III族氮化物层电耦接的漏极；形成栅极绝缘层堆，用于将栅极与势垒层和沟道层电绝缘，该栅极绝缘层叠层包括例如SiN的绝缘层和A1N层；以及在源极与漏极之间区域的绝缘层上形成栅极，其中A1N层与一个III族氮化物层接触。【专利附图】【附图说明】图1示出了根据本专利技术的FET器件结构的立面剖视图；图2示出了根据本专利技术制造的FET的对数坐标的Id (Ig)与Vg的特性曲线图。图3示出了根据本专利技术制造的FET的线性坐标的Id (Ig)与Vg的特性曲线图。图4示出了根据本专利技术制造的FET在固定栅极偏压为0V时测量的截止状态泄露电流随漏极偏压变化的示图；以及图5与图6示出了根据本专利技术的制造FET的方法的流程图。【具体实施方式】在以下描述中，阐述了多个具体细节以清楚地描述本文公开的各具体实施例。但是，本领域技术人员应理解，本专利技术可在没有以下讨论的具体细节的情况下实施。在其他实例中，并未对公知特征进行描述以免混淆本专利技术。图1示出了根据本专利技术的FET10器件结构的立面剖视图。该FET具有在衬底12上形成的缓冲层14。在缓冲层14上形成了沟道层16，并且在沟道层16上形成了电子供给层18，该电子供给层也可被称为势垒层。衬底12的材料可以是硅(Si)、碳化硅(SiC)、蓝宝石、氮化镓(GaN)、或氮化铝(A1N)。缓冲层14可以是由化学气相淀积或分子束外延生长在衬底12上的III族氮化物材料的叠层。沟道层16为由化学气相淀积或分子束外延生长在缓冲层14上的III族氮化物材料。典型的沟道层16为未掺杂的GaN层，其厚度范围为5纳米至数微米。电子供给层18，也称为势垒层，可以是由化学气相淀积或分子束外延生长在沟道层上的III族氮化物材料的叠层。电子供给层18为能带带隙大于沟道层16的III族氮化物材料。典型的电子供给层18可以为AlGaN合金，其Al组分含量约为10-30%并且其厚度为5-50纳米(nm)。未施加外部偏压时，由于极化效应，在电子供给层本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种场效应晶体管（FET），包括：III族氮化物沟道层；III族氮化物势垒层，位于所述沟道层之上，其中势垒层的能带带隙大于沟道层的能带带隙；源极，其与一个III族氮化物层电耦接；漏极，其与一个III族氮化物层电耦接；栅极绝缘层叠层，用于将栅极与所述势垒层和所述沟道层电绝缘，所述栅极绝缘层叠层包括：例如SiN的绝缘层；以及AlN层；以及栅极，位于所述源极与所述漏极之间的区域，并与所述绝缘层接触；其中所述AlN层与一个III族氮化物层接触。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：储荣明，大卫·F·布朗，陈旭，亚当·J·威廉姆斯，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
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。