[实用新型]常关型高电子迁移率晶体管

说明书

本实用新型涉及一种常关型高电子迁移率晶体管，包括：异质结构，异质结构包括沟道层和沟道层上的势垒层；异质结构中的2DEG层；与势垒层的第一区域接触的绝缘层；以及穿过绝缘层的整个厚度的栅极电极，栅极电极终止于与势垒层的第二区域接触。势垒层和绝缘层具有晶格常数的失配(“晶格失配”)，晶格常数的失配仅在势垒层的第一区域中生成机械应力，引起在位于势垒层的第一区域下方的二维传导沟道的第一部分中的第一电子浓度，第一电子浓度大于位于势垒层的第二区域下方的二维传导沟道的第二部分中的第二电子浓度。

技术领域

本公开涉及常关型高电子迁移率场效应晶体管(“高电子迁移率晶体管”或HEMT)以及用于制造HEMT晶体管的方法。具体地，本公开涉及并入氧化镍的外延层的常关型HEMT晶体管。

背景技术

已知基于在异质结处(即，在具有不同带隙的半导体材料之间的界面处)的高迁移率二维电子气(2DEG)层的形成的高电子迁移率场效应晶体管(“高电子迁移率晶体管”或HEMT)。例如，已知基于氮化铝镓(AlGaN)层和氮化镓(GaN)层之间的异质结的HEMT晶体管。

基于AlGaN/GaN异质结的HEMT晶体管提供了许多优点，这使得它们特别适合并广泛用于各种应用。例如，HEMT晶体管用于高性能功率开关的高击穿阈值；传导沟道中电子的高迁移率使得能够制造高频放大器；此外，2DEG中的高浓度电子提供低导通电阻(R_ON)。

由于氮化镓衬底的高成本，通常通过在硅衬底上生长AlGaN和 GaN层来制造基于AlGaN/GaN异质结的HEMT晶体管。因此，由此制成的HEMT晶体管是平面型的；即，它们具有在平行于衬底的平面上排列的源极电极、栅极电极和漏极电极。

为了便于在高功率应用中使用HEMT晶体管，引入了常关型沟道 HEMT晶体管。

用于生产常关型HEMT晶体管的已知解决方案在于使用凹入式栅极端子。在WantaeLim et al.,“Normally Off Operation of Recessed Gate AlGaN/GaN HFETs for HighPower Applications”,Electrochem. Solid State Lett.2011,volume 14,issue 5,H205H207中已知该类型器件的一个示例。然而，该解决方案由于在栅极区域下方的区域中的低电子迁移率而具有缺陷，并且由于栅极区域和漏极区域之间的高电场引起可能的击穿，使得栅极电介质的可靠性差。

另一常关型HEMT晶体管是所谓的“p型GaN”栅极晶体管，其中栅极区域包括在p型GaN区域上延伸的栅极电极。该解决方案具有诸如从栅极区域观察到的高薄层电阻的缺陷，并且需要将施加到栅极电极的电压限制在低于6V的值的缺陷。

因此，已认为有必要提供克服上述问题中的至少一些的常关型 HEMT晶体管。

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型提出一种常关型HEMT晶体管，使得可以在不降低栅极区域下方的迁移率的情况下并且在不受栅极区域中存在泄漏电流的性能限制的情况下，提供常关型晶体管条件。

根据本公开的一个方面，常关型HEMT晶体管包括：包括半导体沟道层和沟道层上的半导体势垒层的半导体异质结构；异质结构内的二维传导沟道；与势垒层的第一区域接触的绝缘层；以及延伸穿过绝缘层的整个厚度的栅极电极，栅极电极终止于与势垒层的第二区域接触。势垒层和绝缘层具有晶格常数的失配(“晶格失配”)，晶格常数的失配在势垒层的第一区域中生成机械应力，引起位于势垒层的第一区域下方的在二维传导沟道的第一部分中的第一电子浓度，该第一电子浓度大于位于势垒层的第二区域下方的二维传导沟道的第二部分中的第二电子浓度。

根据某些实施例，所述二维传导沟道的所述第二电子浓度基本上为零。

根据某些实施例，所述异质结构被配置为使得在没有所述外延绝缘层的情况下，不形成二维传导沟道。