[實用新型]常關型高電子遷移率晶體管

有效

• 申請號: 201820885095.3
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN208861993U
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: F·尤克拉諾;G·格雷克;F·羅卡福爾特
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/20
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

本實用新型涉及一種常關型高電子遷移率晶體管，包括：異質結構，異質結構包括溝道層和溝道層上的勢壘層；異質結構中的2DEG層；與勢壘層的第一區域接觸的絕緣層；以及穿過絕緣層的整個厚度的柵極電極，柵極電極終止于與勢壘層的第二區域接觸。勢壘層和絕緣層具有晶格常數的失配(“晶格失配”)，晶格常數的失配僅在勢壘層的第一區域中生成機械應力，引起在位于勢壘層的第一區域下方的二維傳導溝道的第一部分中的第一電子濃度，第一電子濃度大于位于勢壘層的第二區域下方的二維傳導溝道的第二部分中的第二電子濃度。

技術領域

本公開涉及常關型高電子遷移率場效應晶體管(“高電子遷移率晶體管”或HEMT)以及用于制造HEMT晶體管的方法。具體地，本公開涉及并入氧化鎳的外延層的常關型HEMT晶體管。

背景技術

已知基于在異質結處(即，在具有不同帶隙的半導體材料之間的界面處)的高遷移率二維電子氣(2DEG)層的形成的高電子遷移率場效應晶體管(“高電子遷移率晶體管”或HEMT)。例如，已知基于氮化鋁鎵(AlGaN)層和氮化鎵(GaN)層之間的異質結的HEMT晶體管。

基于AlGaN/GaN異質結的HEMT晶體管提供了許多優點，這使得它們特別適合并廣泛用于各種應用。例如，HEMT晶體管用于高性能功率開關的高擊穿閾值；傳導溝道中電子的高遷移率使得能夠制造高頻放大器；此外，2DEG中的高濃度電子提供低導通電阻(R_ON)。

由于氮化鎵襯底的高成本，通常通過在硅襯底上生長AlGaN和 GaN層來制造基于AlGaN/GaN異質結的HEMT晶體管。因此，由此制成的HEMT晶體管是平面型的；即，它們具有在平行于襯底的平面上排列的源極電極、柵極電極和漏極電極。

為了便于在高功率應用中使用HEMT晶體管，引入了常關型溝道 HEMT晶體管。

用于生產常關型HEMT晶體管的已知解決方案在于使用凹入式柵極端子。在WantaeLim et al.,“Normally Off Operation of Recessed Gate AlGaN/GaN HFETs for HighPower Applications”,Electrochem. Solid State Lett.2011,volume 14,issue 5,H205H207中已知該類型器件的一個示例。然而，該解決方案由于在柵極區域下方的區域中的低電子遷移率而具有缺陷，并且由于柵極區域和漏極區域之間的高電場引起可能的擊穿，使得柵極電介質的可靠性差。

另一常關型HEMT晶體管是所謂的“p型GaN”柵極晶體管，其中柵極區域包括在p型GaN區域上延伸的柵極電極。該解決方案具有諸如從柵極區域觀察到的高薄層電阻的缺陷，并且需要將施加到柵極電極的電壓限制在低于6V的值的缺陷。

因此，已認為有必要提供克服上述問題中的至少一些的常關型 HEMT晶體管。

實用新型內容

為了解決現有技術的問題，本實用新型提出一種常關型HEMT晶體管，使得可以在不降低柵極區域下方的遷移率的情況下并且在不受柵極區域中存在泄漏電流的性能限制的情況下，提供常關型晶體管條件。

根據本公開的一個方面，常關型HEMT晶體管包括：包括半導體溝道層和溝道層上的半導體勢壘層的半導體異質結構；異質結構內的二維傳導溝道；與勢壘層的第一區域接觸的絕緣層；以及延伸穿過絕緣層的整個厚度的柵極電極，柵極電極終止于與勢壘層的第二區域接觸。勢壘層和絕緣層具有晶格常數的失配(“晶格失配”)，晶格常數的失配在勢壘層的第一區域中生成機械應力，引起位于勢壘層的第一區域下方的在二維傳導溝道的第一部分中的第一電子濃度，該第一電子濃度大于位于勢壘層的第二區域下方的二維傳導溝道的第二部分中的第二電子濃度。

根據某些實施例，所述二維傳導溝道的所述第二電子濃度基本上為零。

根據某些實施例，所述異質結構被配置為使得在沒有所述外延絕緣層的情況下，不形成二維傳導溝道。