[发明专利]用于ⅢA-N族器件的缓冲堆叠

说明书

本申请公开一种制造用于晶体管的多层外延缓冲层堆叠的方法(100)，该方法包括在衬底上沉积缓冲堆叠。第一有空隙IIIA‑N族层沉积(102)在衬底上，并且然后第一基本无空隙IIIA‑N族层沉积(103)在第一有空隙IIIA‑N族层上。第一高粗糙度IIIA‑N族层沉积(104)在第一基本无空隙IIIA‑N族层上，并且第一基本平滑IIIA‑N族层沉积(105)在第一高粗糙度IIIA‑N族层上。然后至少一个IIIA‑N族表面层沉积(106)在第一基本平滑IIIA‑N族层上。

技术领域

本发明通常涉及IIIA-N族(例如GaN)场效应晶体管(FET)，并且更具体地涉及用于此类FET的缓冲堆叠。

背景技术

氮化镓(GaN)是常用IIIA-N族材料，其中IIIA族元素诸如镓(和硼、铝、铟和铊)有时也被称为第13族元素。GaN是具有纤锌矿晶体结构的二元IIIA/V直接带隙半导体。GaN在室温下具有3.4eV的相对宽的带隙(与之相比，硅为1.1eV)，这为其在光电子学器件、大功率电子器件器件和高频电子器件中的各种应用给予了特殊性质。

因为GaN和硅具有显著的热膨胀系数失配，所以缓冲层通常用在硅衬底和GaN层之间用于应变管理。该缓冲技术形成通常用于高电子迁移率晶体管(HEMT)(也称为异质结构FET(HFET)或调制掺杂FET(MODFET)器件)的大多数硅基氮化镓技术的基础，该高电子迁移率晶体管是场效应晶体管，其结合了作为沟道的在具有不同带隙的两种材料之间的结(即异质结)而非掺杂区域(通常为针对MOSFET的情况)。用于此类器件的一些缓冲布置使用超晶格结构或渐变缓冲结构。

发明内容

描述的示例考虑了使用超晶格结构或使用具有相关联限制的渐变缓冲的用于IIIA-N族器件的已知缓冲堆叠。由于引起低器件击穿电压的开裂，渐变缓冲结构对厚度施加限制，而超晶格结构具有高泄漏电流、弯曲/翘曲和缓慢的生长速率。

在所描述的示例中，本发明公开的缓冲堆叠有意地引入用于应变驰豫的有空隙层和无空隙层以改善缓冲堆叠的质量。另外，本发明所公开的缓冲堆叠有助于生长较厚的层，其具有减少的缺陷诸如凹坑和空隙的密度，该较厚的层可以(因此)承受更高击穿电压，诸如本发明公开的功率晶体管在泄漏电流为1μA/mm²时实现大于100V的击穿电压。

附图说明

图1是根据一个示例实施例，为了形成功率IIIA-N族晶体管器件而制造多层缓冲层堆叠并且然后在其上制造IIIA-N族表面层的示例方法中的步骤的流程图。

图2A是根据一个示例实施例的示例器件堆叠的横截面图，该示例器件堆叠包括在衬底上的具有有空隙III-N族层和在其上的无空隙III-N族层的多层缓冲堆叠，有空隙III-N族层和无空隙III-N族层均示出为A1N层，并且该示例器件堆叠还包括粗糙III-N族层和在其上的平滑III-N族层，该粗糙III-N族层和该平滑III-N族层均示出为在A1N层上的A1GaN层。

图2B是根据一个示例实施例的示例器件堆叠的横截面图，该示例器件堆叠包括在衬底上的具有交替的有空隙III-N族层和无空隙III-N族层的多层缓冲堆叠，全部有空隙III-N族层和无空隙III-N族层示出为在衬底上的A1N层，并且该示例器件堆叠还包括都被示出为A1GaN层的交替的粗糙III-N族层堆叠和平滑III-N族层堆叠。

图3A是根据一个示例实施例的具有本发明所公开的多层缓冲层堆叠的示例耗尽型高电子迁移率晶体管(HEMT)功率器件的横截面图。

图3B是根据一个示例实施例的具有本发明所公开的多层缓冲层堆叠的常闭栅极的示例增强型HEMT功率器件的横截面图。

具体实施方式