[发明专利]具有非对称栅极结构的半导体器件

说明书

本发明是关于一种具有非对称栅极结构的半导体器件，其包含：衬底；沟道层，位于所述衬底上方；势垒层，位于所述沟道层上方，所述势垒层和所述沟道层经配置以形成二维电子气体，所述二维电子气体沿着所述沟道层与所述势垒层之间的界面形成在所述沟道层中；及源极接触及漏极接触，位于所述势垒层上方；经掺杂III‑V族层，位于所述势垒层上方及所述漏极接触和所述源极接触之间；及栅电极，位于所述经掺杂III‑V族层上方且经组态与所述经掺杂III‑V族层形成肖特基接面，其中所述经掺杂III‑V族层及/或栅电极具有非中心对称的几何结构，从而使该器件于应用上达成控制栅极漏电流分布态样的效果。

技术领域

本发明是关于一种半导体器件及其制造方法，特别是关于一种具有III-V族层、二维电子气、导体结构、及金属层的半导体器件。

背景技术

GaN开关功率晶体管能实现新一代小型高效功率变换器。这些器件的高开关速度能提高转换频率，得以实现在减小体积和重量的同时保持、甚至提高总效率。由于GaN/AlGaN材料的物理性质，能在小的半导体面积上同时实现高击穿电压和高电流水平，故这些材料性质转化为高功率水平时的高开关频率。然而，很多不同的物理效应限制了GaN器件的耐压性能。在很多情况下，最大的允许工作电压受到过大的栅极漏电流的限制，栅极漏电流是指由栅极金属，沿经掺杂III-V族层的侧壁及沟道层与钝化层之界面泄漏至漏极之电流，过大的栅极漏电流通常抑制组件的工作电压。

因此，GaN开关功率晶体管领域中，存在改良栅极漏电流特性的需求。

发明内容

以下概括说明本发明的基本特点，以便基本理解本发明的一些面向。

第一代半导体材料为具有间接能隙的元素型半导体，例如硅或锗。第二代半导体材料以III族砷化物(例如：砷化镓(GaAs))化合物半导体材料为代表，彼等具有直接能隙，可发光但有一定的波长限制，且具有高污染性。第三代半导体则是指以III族氮化物(例如：氮化镓(GaN))、碳化硅(SiC)、金刚石；氧化锌(ZnO)为代表的宽禁带半导体材料。

近年来随着无线通信市场的发展，如军用雷达系统、个人行动电话与基地台等，使得毫米波晶体管日趋重要，其中以III族氮化物材料所制成之诸如AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistors)一直是热门研究课题，氮化镓具有宽能带(wide bandgap)、高崩溃电压(high breakdown voltage)、高峰值电子速率(high peakelectron velocity)、高电子饱和速率(high electron saturation velocity)、键结力与热稳定性佳，因此氮化镓有机会成为下一世代功率器件的主要材料。

相较于第一代半导体材料硅(Si)及第二代半导体材料砷化镓(GaAs)，第三代半导体具有大禁带宽度、高击穿电场、大热导率、高电子饱和漂移速度、小介电常数等独特的性能，使彼等在光电器件、电力电子、射频(RF)和微波功率放大器、激光器和探测器件等方面展现出巨大的潜力。

基于第三代半导体的组件可包括高电子迁移率晶体管(HEMT)，又称为异质结场效应晶体管(HFET)或调制掺杂场效应晶体管(MODFET)—般利用两种不同禁带宽度的材料所形成的结，例如异质结替代掺杂区作为沟道。高电子迁移率晶体管得益于异质结构，利用异质结产生的高迁移率电子，此异质结可由例如非经故意掺杂的宽禁带层(例如，AlGaN层)及非经故意掺杂的窄禁带层(例如，GaN层)所形成。