[发明专利]具有双厚度势垒层的高电子迁移率晶体管

说明书

一种形成半导体器件的方法包括提供异质结半导体本体。异质结半导体本体包括第一III‑V型半导体层和形成在第一III‑V型半导体层之上的第二III‑V型半导体层。第二III‑V型半导体层具有与第一III‑V型半导体层不同的带隙，使得第一二维电荷载流子气形成在第一与第二III‑V型半导体层之间的界面处。第二III‑V型半导体层具有较厚区段和较薄区段。第一输入‑输出电极形成在较厚区段上。栅极结构和第二输入‑输出形成在较薄区段上。栅极结构与第二III‑V型半导体层的较厚与较薄区段之间的过渡横向间隔开。

背景技术

半导体晶体管（特别是场效应受控开关器件），诸如在下文中还被称为MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的MISFET（金属绝缘体半导体场效应晶体管）以及还称为异质结构FET（HFET）和调制掺杂FET（MODFET）的HEMT（高电子迁移率场效应晶体管）在多种应用中被使用。HEMT是其中结在具有不同带隙的两种材料（诸如GaN和AlGaN）之间的晶体管。在基于GaN/AlGaN的HEMT中，二维电子气（2DEG）出现在AlGaN势垒层与GaN沟道层之间的界面附近。在HEMT中，2DEG形成器件的沟道。类似的原理可以用来将形成二维空穴气（2DHG）的沟道和势垒层选择为器件的沟道。2DEG或2DHG一般被称为二维载流子气。在没有另外的措施的情况下，异质结配置导致自导通（即常开（normally-on））的晶体管。必须采取措施来防止HEMT的沟道区在没有正栅极电压的情况下处于导通状态。

由于异质结配置中的二维载流子气的高电子迁移率，相比于许多常规的半导体晶体管设计，HEMT提供高导通和低损耗。这些有利的导通特性使得HEMT在包括但不限于用作电源和功率转换器中的开关、电动汽车、空调的应用中以及在例如消费电子产品中是合期望的。

设计者不断寻求改进HEMT的性能的方式，例如功率消耗和电压闭锁能力。设计者所聚焦的改进HEMT性能的示例性器件参数包括漏电流、阈值电压（V_TH）、漏极-源极通态电阻（R_DSON）和最大电压开关能力，举几个例子。

发明内容

公开了一种形成半导体器件的方法。根据实施例，该方法包括提供异质结半导体本体。异质结半导体本体包括第一III-V型半导体层和形成在第一III-V型半导体层之上的第二III-V型半导体层。第二III-V型半导体层具有与第一III-V型半导体层不同的带隙，使得第一二维电荷载流子气（charge carrier gas）形成在第一与第二III-V型半导体层之间的界面处。异质结半导体本体被提供成使得第二III-V型半导体层具有较厚区段和较薄区段。第一输入-输出电极形成在第二III-V型半导体层的较厚区段上，第一输入-输出电极与第一二维电荷载流子气欧姆接触。第二输入-输出电极形成在第二III-V型半导体层的较薄区段上，第二输入-输出电极与第一二维电荷载流子气欧姆接触。栅极结构形成在第二III-V型半导体层的较薄区段上，栅极结构配置成控制第一与第二输入-输出电极之间的导电连接。栅极结构与第二III-V型半导体层的较厚与较薄区段之间的过渡横向间隔开。

根据另一实施例，该方法包括提供异质结半导体本体。异质结半导体本体包括第一III-V型半导体层和形成在第一III-V型半导体层之上的第二III-V型半导体层。第二III-V型半导体层具有与第一III-V型半导体层不同的带隙，使得第一二维电荷载流子气形成在第一与第二III-V型半导体层之间的界面处。异质结半导体本体被提供成使得第二III-V型半导体层具有较厚区段和较薄区段。第一输入-输出电极形成在第二III-V型半导体层的较厚区段上，第一输入-输出电极与第一二维电荷载流子气欧姆接触。第二输入-输出电极形成在第二III-V型半导体层的较薄区段上，第二输入-输出电极与第一二维电荷载流子气欧姆接触。栅极结构形成在第二III-V型半导体层的较薄区段上，栅极结构配置成控制第一与第二输入-输出电极之间的导电连接。栅极结构完全设置在第二III-V型半导体层的第一平面上表面上方，第一平面上表面在栅极结构的任一侧处从栅极结构下方延伸出。