[发明专利]HEMT器件及其制作方法

说明书

一种高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)，所述HEMT具有衬底、位于所述衬底上的沟道层和位于所述沟道层上的势垒层，所述HEMT包括在所述势垒层上的应力诱发层，所述应力诱发层改变栅极和漏极之间的漂移区域中的所述势垒层中的压电效应。在所述栅极和所述漏极之间的所述漂移区域中存在具有非均匀横向分布的二维电子气(2DEG)。

相关申请的交叉引用

本申请涉及于2012年5月23日提交的题为“Controlling Lateral Two-Dimensional Electron Hole Gas HEMT in Type III Nitride Devices Using IonImplantation Through Gray Scale Mask”的美国专利申请No.13/478,402号、以及于2012年5月23日提交的题为“Non-Uniform Two-Dimensional Electron Gas Profile in III-Nitride HEMT Device”的美国专利申请No.13/479,018号，其全部内容通过引用合并于此。此外，本申请还涉及于2012年5月23日提交的题为“HEMT GaN Device with a Non-UniformLateral Two-Dimensional Electron Gas Profile and Method of Manufacturing theSame”的美国专利申请No.13/478,609号，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明示出了具有非均匀横向二维电子气轮廓的高电子迁移率晶体管(HEMT)GaN器件及其制作方法。本发明涉及III族氮化物类型的高电子迁移率晶体管(HEMT)器件，尤其涉及漂移区域中的二维电子气(2DEG)。

背景技术

高电子迁移率晶体管(HEMT)为一种在带隙不同的两种材料之间并入结(即，异质结)的场效应晶体管。氮化镓(GaN)HEMT由于其大功率性能而广受关注。在功率应用中采用的III族氮化物类型HEMT器件中，在导通电阻和击穿电压(BV)之间存在相冲突的设计而引发的折衷。由于BV和导通电阻之间的关系最少为二次关系，因此对于给定的漂移区域长度，BV的改善会导致器件中的FOM(定义为BV²/Ron)的显著改善。

在现有技术中，具有均匀2DEG密度的III族氮化物类型HEMT器件会导致在栅极区域之下或附近处出现峰值电场。这种电场分布趋向于接近矩形形状而不是所期望的梯形形状，其中梯形形状可以降低器件的单位漂移区域长度的击穿电压。场板和多级场板的使用是用于改进电场分布而采用的一些技术。但是，场板通常导致出现多个峰值并且不能够获得理想的平坦电场分布，而可能呈现出锯齿形轮廓。场板还会增加栅-漏电容。此外，场板级数的增加会显著增大处理复杂度和成本。

Furukawa的美国专利No.7，038，253描述了硅(Si)上GaN基器件技术，该技术在漂移区域内采用了均匀的2DEG轮廓。由于在Furukawa的器件中没有采用任何场成形技术，所以源漏之间的击穿电压和动态导通电阻受到栅极区域下电场的局部增强的限制，因此需要对降低了这种器件所能够获得的品质因数(figure of merit，FOM)的器件进行额外设计。

在H.Xing等人的“High Breakdown Voltage AlGaN/GaN HEMTs Achieved ByMultiple Field Plates”中，描述了采用多场板的场成形技术以改进电场分布。但是，多场板不能获得均匀的电场，而可能具有锯齿类型的分布，并且引入了栅-漏电容。实施这种器件结构还会增加器件复杂度和成本。

需要对HEMT器件的FOM进行显著的改善，尤其需要改善对于给定漂移区域长度的击穿电压，从而改善器件的FOM(定义为BV²/Ron)。本发明的实施例公开了针对上述问题和其他需求的解决方案。

发明内容