[发明专利]具有场板的宽能带隙晶体管装置

说明书

本申请是申请日为2004年9月8日、申请号为2004800032782.1的中国专利申请“具有场板的宽能带隙晶体管装置”的分案申请。

技术领域

本发明关于晶体管，且尤其关于利用场板的晶体管。

背景技术

高电子迁移率晶体管(HEMT)是通用类型的固态晶体管，其由诸如硅(Si)或砷化镓(GaAs)的半导体材料规则地制成。Si的劣势在于其具有低电子迁移率(600-1450 cm2/V-s)，此产生高内电阻。此电阻可使基于Si的HEMT的高效能增益劣化。[CRC出版社，The Electrical Engineering Handbook，第二版，Dorf，第994页，(1997年)]。基于GaAs的HEMT已成为民用及军用雷达、手持蜂巢式电话及卫星通信中信号放大的标准。与Si相比，GaAs具有较高电子迁移率(约6000 cm2/V-s)及较低内电阻，此使得基于GaAs的装置可以较高频率运行。然而，GaAs具有相对较小的能带隙(室温下1.42 eV)及相对较小的击穿电压，此防止基于GaAs的HEMT于高频率下提供高功率。

宽能带隙半导体材料(如，AIGaN/GaN)的制造中的改良已集中于用于高频率、高温及高功率应用的AIGaN/GaN HEMT的发展。AIGaN/GaN具有大能带隙，以及高峰僮及饱和电子速度值[B.Belmont、K.Kim及M.Shur，J.Appl.Phys.74，1818(1993年)]。AIGaN/GaN HEMT亦可具有超过1013/cm2的二维电子气(2DEG)薄片密度及相对较高的电子迁移率(高达2019 cm2/Vs)[R.Gaska、J.W.Yang、A.Osinsky.Q.Chen、M.A.Khan、A.O.Orlov、G.L.Snider及M.S.Shur，Appl.Phys.Lett.，72,707(1998年)]。这些特征使AIGaN/GaN HEMT于RF、微波及毫米波频率下提供极高电压及高功率运作。

AIGaN/GaN HEMT已于蓝宝石基板上生长且已展示4.6 W/mm的功率密度及7.6 W的总功率[Y.F.Wu等人，IEICE Trans.Electron.，E-82-C，1895(1999年)]。新近，于SiC上生长的AIGaN/GaN HEMT已展示了于8 GHz下的9.8W/mm的功率密度[Y.F.Wu、D.Kapolnek、J.P.Ibbetson、P.Parikh、B.P.Keller及U.K.Mishra，IEEE Trans.Electron.Dev.，48,586(2001年)]及于9 GHz下的22.9的总输出功率[M.Micovic.A Kurdoghlian.P.Janke.P.Hashimoto.D.W.S.Wong，.J.S.Moon.L.McCray及C.Nguyen，IEEE Trans.Electron.Dev.，48,591(2001年)]。颁予Khan等人的美国专利第5,192,987号揭示了于缓冲层及基板上生长的基于GaN/AIGaN的HEMT。Gaska等人High-Temperature Performance of AIGaN/GaN HFET′s on Sic Substrates，″IEEE Electron Device Letters，Vol.18，No.10，1997年10月，第492页；及Ping等人DC and Microwave Performance of High Current AIGaN Heterostructure Field Effect Transistors Grown on P-type SiC Substrates，″IEEE Electron Devices Letters，Vol.19，No.2，1998午2月，第54页，已描述了其它AIGaN/GaN HEMT及场效应晶体管(FET)。这些装置中的一些已展示了高达67千兆赫的增益频宽积(fT)[K.Chu等人WOCSEMMAD，Monterey，CA(1998年2月)]及于IO GHz下高达2.84 W/mm的高功率密度[G.Sullivan等人High Power lO-GHz Operation of AIGaN HFET′sin Insulating SiC，″IEEE Electron Device Letters，Vol.19，No.6，第198页(1998年6月)；及Wu等人，IEEE Electron Device Letters，第19卷，No.2，第50页(1998年2月)]。