[发明专利]具有改善栅极漏电流的半导体器件

说明书

本发明是关于一种具有改善栅极漏电流的半导体器件，其包含：衬底；第一氮化物半导体层，位于衬底上方；第二氮化物半导体层，位于第一氮化物半导体层上方且具有大于第一氮化物半导体者的能隙；及源极接触及漏极接触，位于第二氮化物半导体层上方；经掺杂第三氮化物半导体层，位于第二氮化物半导体层上方及漏极接触和源极接触之间；及栅电极，位于经掺杂第三氮化物半导体层上方；其中在大体上平行于第一氮化物半导体层及第二氮化物半导体层界面的方向上，经掺杂第三氮化物半导体层具有至少一个沿该方向延伸的突出部，从而达成改善栅极漏电流现象的效果。

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，沿经掺杂氮化物半导体层的侧壁及第一氮化物半导体层与钝化层之界面泄漏至源极及/或漏极之电流，过大的栅极漏电流可能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。

近年來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。

在AlGaN/GaN材料体系中，由于极强的自发极化和压电极化效应，非经故意地掺杂也可以形成高浓度的电子沟道。在这种情况下，由于沟道中没有施主杂质导致的散射，电子可以高速移动，获得很高的电子迁移率。最终结果是异质结构中产生了一高浓度高迁移率的电子薄层，从而导致很低的沟道电阻率。这就是通称的二维电子气(2DEG)。在场效应晶体管(FET)中，通过在栅电极上施加偏压来改变这一层的电导，从而完成晶体管的工作，这是第二代半导体材料(如砷化镓)没有的优点。