[发明专利]半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件。具体地，本发明涉及具有包括位于GaN层上的AlGaN层的半导体衬底的半导体器件。

背景技术

近年来，GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件在它们替代Si或SiC用作高压(HV)器件的调度可能性方面吸引了大量关注。通常，通过在包括位于GaN沟道层上的AlGaN势垒层的外延生长结构的顶部上应用欧姆漏极和漏极接触和肖特基栅极接触制造GaN HEMT。

由于AlGaN为压电材料，GaN层和AlGaN层之间的晶格失配导致势垒上的电势差，其以在AlGaN/GaN界面附近的GaN中自发地形成二维电子气填充的量子阱的方式调节能带结构。这种电子气的高的迁移率获得与其它种类的场效应晶体管(FET)相比具有非常低的电阻的器件。与其它FET一样，可以通过将电势施加至栅极而调节沟道中的传导率。

GaN HEMT器件在其中在高频处需要高增益和低噪声的领域中作为RF功率器件得到应用。它们提供下述优点：与Si LDMOS相比，效率更高，带宽更大，温度范围更大；与GaAs HEMT器件相比，极化电压更高。而且，GaN HEMT器件开始渗透到例如电压范围为从50V到600V的功率转换市场，其中GaN器件与Si基竞争者相比提供非常低的导通比电阻，并且价格比竞争性的宽带隙材料SiC器件低。

发明内容

在所附的独立和从属权利要求中提出了本发明的多个方面。来自从属权利要求的特征的组合可以根据情况与独立权利要求的特征组合，并且并不仅仅如在权利要求中明确提出的那样。

根据本发明的一个方面，提供一种半导体器件，该半导体器件包括半导体衬底，该半导体衬底具有位于GaN层上的AlGaN层。该半导体器件还包括第一接触和第二接触。所述AlGaN层的平均厚度在所述第一接触和所述第二接触之间变化，用于在所述第一接触和所述第二接触之间调节所述GaN层中的电子气的密度。

根据本发明的另一个方面，提供一种制造半导体器件的方法。该方法包括在衬底上形成GaN层。该方法还包括在GaN层上形成AlGaN层。该方法还包括形成该半导体器件的第一接触和第二接触。该方法还包括在所述第一接触和所述第二接触之间改变所述AlGaN层的平均厚度，用于在所述第一接触和所述第二接触之间调节所述GaN层中的电子气的密度。

在具有位于GaN层上的AlGaN层的半导体器件中，GaN层中的电子气的密度对AlGaN层的厚度敏感(Appl.Phys.Lett.，Vol.77，No.2，2000年7月10日)。AlGaN势垒层越厚(针对给定Al含量)，由在该势垒层的顶部和底部界面处的极化电荷的存在而产生的电压降越强，这又将增加在AlGaN/GaN界面附近在GaN中形成的量子阱的深度。这导致电子气的表面载流子密度更高，表面电阻更低。

根据本发明，已经认识到，该效果可以用来在半导体器件的接触之间调节电子气的密度。电子气的调节又产生具有在这些接触之间变化的电阻率的器件。如本文所述，在接触之间的电子气的调节分布可以采取多种不同的形式。

可以以多种方式实现AlGaN层的平均厚度的变化。例如，AlGaN层的上表面的至少一部分可以包括用于改变AlGaN层的平均厚度的多个凹部。可以采用诸如光刻和表面蚀刻之类的标准半导体处理技术形成这些凹部。应当注意，可以采用单次光刻/蚀刻序列形成凹部，最小化凹部对现有工艺流程的影响。这些技术的众所周知的特性还允许在调节凹部的配置方面具有大的灵活性。例如，凹部的密度(例如，间距)、宽度或深度可以在AlGaN层的不同区域之间变化，从而也改变该层的平均厚度。在一个实施例中，凹部的深度在AlGaN层的局部厚度的30％和100％之间。

如在本文中使用的那样，术语“平均厚度”并不是指AlGaN层在任何给定位置的局部厚度，而是指AlGaN层在给定面积上平均的宏观厚度。例如，将会认识到，AlGaN层的局部厚度在其中该层设置有上述凹部的区域中会明显变化。然而，AlGaN层该这些区域中的平均厚度将是仅在宏观意义上变化的某一值，因为诸如凹部的密度、尺寸或深度之类的参数在整个层上变化。因此术语“平均厚度”指AlGaN层在后者宏观意义上的厚度。

凹部的密度、宽度或间距在AlGaN层的表面上可以变化。凹部的深度也可以变化。AlGaN层在第一接触和第二接触之间的平均厚度T可以在10nm＜T＜40nm的范围内。