[发明专利]应力控制的HEMT

说明书

技术领域

本申请涉及高电子迁移率晶体管（HEMT），并且更具体涉及应力控制HEMT。

背景技术

基于氮化镓（GaN）的高电子迁移率晶体管（HEMT）被用于功率和无线电频率应用。HEMT具有二维电子气（2DEG），该二维电子气在与电子具有非常高的迁移率的AIGaN势垒的界面附近的GaN层中形成。2DEG因为两个基本原理而形成，这两个基本原理是：（1）由于GaN层的自发极化引起的电荷，和（2）由于GaN和AIGaN层的晶格失配引起的压电极化。AIGaN层的Al含量和厚度确定了压电极化的程度。

因为2DEG的自动形成，所以HEMT典型地为常开器件。然而，功率器件通常被实现为常关器件。为了被常关，HEMT的2DEG必须在器件的源极和漏极之间被中断。实现常关的HEMT的一种方式是将栅极凹进至AIGaN势垒层中，将2DEG压制（extinguish）在凹进区域的下方。尽管这种结构产生了常关结构，但是凹进过程必须被精确地控制，例如以大约只有1 nm来控制。另外，阈值电压中的较大的散布由于栅极下方的AIGaN层的可变厚度而产生。此外，该栅极必须从AIGaN材料隔离，从而避免能够由降低的栅极肖特基（Schottky）势垒产生的较大的栅极泄漏。凹进的栅极结构也产生相对低的阈值电压，这是对于功率应用而言所不期望的。

实现常关HEMT的另一种方式是由p掺杂GaN材料形成栅极。具有p掺杂GaN栅极的常关HEMT典型地具有大约1.5V的阈值电压，但是AIGaN势垒必须是薄的并且具有较低的Al含量，这由于2DEG中减少的载流子密度而负面影响通导电阻。因为与实现p掺杂GaN中高掺杂密度相关联的困难和与经由p型半导体材料来有效耗尽2DEG通道相关联的限制（甚至假设理论上高度掺杂的p型层），产生了这些限制。具有p掺杂GaN栅极的常关HEMT的其他缺点包括降低的跨导（transconductance）和有限的栅极电压，这是因为p掺杂栅极形成pn结，其以大约5至6V的相对低的正栅极电压开始导通。

也能够通过将氟植入2DEG通道区域中来实现常关HEMT。这种结构具有大约1V的阈值电压，但是用这个方法存在未解决的工艺问题，诸如所植入种类的稳定性、温度相关性和老化。其他方法可以被用于制造常关HEMT。在所有情况下，电场被用于控制2DEG通道。

发明内容

根据晶体管器件的一个实施例，该晶体管器件包括异质结构主体，该异质结构主体包括源极、与源极间隔开的漏极以及在源极和漏极之间的二维电荷载流子气体通道。该晶体管器件进一步包括在异质结构主体上的压电栅极。该压电栅极可操作成通过响应于被施加至压电栅极的电压而增加或减少施加至异质结构主体的力，来控制压电栅极下方的通道。该晶体管器件可以是常开或者常关的。

根据半导体器件的实施例，该半导体器件包括异质结构主体、该异质结构主体中的第一掺杂区域、该异质结构主体中与第一掺杂区域间隔开的第二掺杂区域、以及第一和第二掺杂区域之间的异质结构主体中的二维电荷载流子气体通道。该半导体器件进一步包括用于控制该通道的栅极结构。该栅极结构包括压电材料和与该压电材料接触的电导体。

根据制造半导体器件的方法的实施例，该方法包括：提供异质结构主体，该异质结构主体具有第一掺杂区域、与第一掺杂区域间隔开的第二掺杂区域以及第一和第二掺杂区域之间的二维电荷载流子气体通道；以及在异质结构主体上形成用于控制该通道的栅极结构，该栅极结构包括压电材料和与该压电材料接触的电导体。

本领域技术人员在阅读下列详细描述时和查看附图时将认识到额外特征和优点。

附图说明

图中的部件不必按比例，而是将重点放在说明本发明的原理上。此外，在图中，同样的参考数字标明对应的部分。在附图中：

图1-4说明了在不同的常开和常关配置下的应力控制的异质结构半导体器件的实施例的横截面视图。

图5说明了应力控制的异质结构半导体器件的另一个实施例的横截面视图。

图6说明了应力控制的异质结构半导体器件的又一个实施例的横截面视图。

图7说明了应力控制的异质结构半导体器件的再一个实施例的横截面视图。

具体实施方式