專利名稱：高效率和/或高功率密度寬帶隙晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)，件以及，更具體地，涉及一種寬帶隙晶體管。
背景技術(shù)：
例如硅(Si)和砷化鎵(GaAs)的材料已經(jīng)在半導(dǎo)體器件中得到了廣泛的應(yīng) 用?？墒?，這些很常見的半導(dǎo)1^才料不能充分i:鵬用于較高功率和/或高頻率應(yīng)用， 因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)小的帶隙(例如，在室溫下，Si為1.12eV以及GaAs為1.42)和/ 或它們相對(duì)小的擊穿電壓。
因此，對(duì)高功率、高溫和/或高頻率應(yīng)用和器件的關(guān)注點(diǎn)開始轉(zhuǎn)向?qū)拵栋雽?dǎo) ^t才料，例如碳化硅(在室溫下，阿爾法SiC為2.996eV)禾口I頂夷氮化物(例如， 在室溫下，GaN為3.36eV)。與砷化f莉卩硅相比，這些材料典型地具有較高電場 擊穿^^和較高電^ft包和皿。
特別適用于高功率和/或高頻率應(yīng)用的器件是高電，移率晶體管(HEMT)， 在某些瞎況下，其還被稱為調(diào)制摻雜場交娘晶體管(MODFET)。這些器件可以在 許多瞎況下撒共操作優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槎S電子氣(2DEG)形/^具有不同帶隙肖疆的 兩種半導(dǎo)體材料的異質(zhì)結(jié)處，在該處的較小帶隙的材料具有^狄的電子親和力。 2DEG是一種在非摻雜("非故意摻雜')、較小帶隙浙料中的積累層，且可以包含 鵬例如10'3載流子/0112頓瞎高的薄層電子濃度。另外，產(chǎn)生于較寬帶隙半導(dǎo) ^t才料中的電子轉(zhuǎn)變?yōu)?DEG，該2DEG由于陶氐了的離子化雜質(zhì)翻寸而可以具 有高電^ii移率。
這種高載流子濃度和高載流預(yù)移率的結(jié)合可以*舒HEMT以非常大的跨 導(dǎo)且可以掛共優(yōu)于諸如金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MESFET)的其他晶體管結(jié)構(gòu) 的強(qiáng)大性能，以用于高頻J^用。
由氮化像氮化鋁鎵(GaN/AlGaN)材料體系制造的高電子遷移率晶體管具 有產(chǎn)生大量RF功率的能力，因?yàn)椴牧咸匦缘慕M合包括戰(zhàn)高擊穿場、寬帶隙、 高導(dǎo)帶偏移禾口/或高飽和電子漂移3IM。 2DEG中的電子的主要部分是由AlGaN中 的極化作用引起的。已經(jīng)論證了 GaN/AlGaN體系中的HEMT。US專利5192987和5296395描述 了 AlGaN/GaN的HEMT結(jié)構(gòu)及其制造方法。眾所周知的并將其并入本文的 Sheppard等人的US專利6316793描述了一種HEMT器件，該HEMT器件具有半 絕緣碳化硅襯底、襯底上的氮化鋁緩沖層、緩沖層上的絕M化鎵層、氮化鎵層 上的鋁氮化鎵阻擋層以及在鋁氮化^W源極結(jié)構(gòu)上的鈍化層。
自從在1993年，由Khan雜Appl. Phys. Lett,vol.63,p.1214,1993所描述的， 以及在19%年，由Wu IEEE Electron Device Lett.,vol.l7,pp.455457,1996年九 月刊中對(duì)功率能力的證實(shí)，作為微波器件的寬帶隙GaN基高電^m移率晶體管 (HEMT)己經(jīng)有了長足的改進(jìn)。許多研究組都已經(jīng)提出了具有皿10W/mm的功 率密度的器件，其^Mil了常規(guī)II-V器件的十倍。參見Tilak等的正EE Electron Device Lett.,vol.22,pp.504-506，2001年11月；Wu等的正DM Tech Dig.pp.378—380， 2001年12月2—5日；以及Ando等的正EEElectronDeviceLett.,vol.24,pp.289-291， 2003年5月。
Zhang等在具有GaN HEMT的高壓開，用中^ffl—種4S柵極結(jié)構(gòu)^^ 板。參見Zhang等，IEEE Electron Device Lett,vo1.21,pp.421423， 2000年九月。在 iit后，Karmalkar等實(shí)現(xiàn)了用于場板結(jié)構(gòu)的仿真，推算擊穿電壓增加了五倍。參 見Karmalkar等，正EETrans.ElectronDevices, vol.48^PP.1515-1521 ， 2001年8月。 然而，那時(shí)制造的器件具剤氏mii:頻率，且不適于微1^喿作。Ando等最近j頓一 種具有較小柵極尺寸的對(duì)以結(jié)構(gòu)，并展示了在S!C襯底上1頓lmm寬的器件，在 2GHz情況下，性育鵬ij 10.3W的輸出功率。參見Ando等，IEEE Electron Device Lett.,vol.24,pp.289—291 ， 2003年5月。Chira等實(shí)現(xiàn)了一種具有進(jìn)一步減小柵極尺 寸的場板設(shè)計(jì)的新改變，且從藍(lán)寶石襯底上的150,寬的器件在4GHz情況下， 獲得了12W/mm。參見Chini等，正EE Electron Device Lett.，vol.25,No.5， pp.229— 231， 2004年5月。
在Saito等，Technical Digest of正DM 2003 ， pp.587-590，WashingtonJ).C.,2003 年12月8—10日中描述了包括了源極J劍蟲場板的GaN HEMT器件。在由Saito等 描述的器件中，單一金屬場板從源極延伸^M柵極。但是，這種設(shè)置可肖鵬力口 大的寄生電容。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的場^iS晶體管包括I頂夷氮化物溝道層，以及祖II族氮化物溝道層上的柵極撤蟲并且體為在電壓施加到柵極撤蟲時(shí)，調(diào)娜勾道層
的導(dǎo)電率。柵極撤蟲可以具有^:度，該長度設(shè)置為!E^llGHz頻率的情況下， 允許對(duì)溝道層導(dǎo)電率進(jìn)衍雕ij。源極撤蟲和漏極撤蟲祖頂矣氮化物溝道層^h， 絕緣層在柵極接觸之上，且場板在絕緣層;ti并電率給至鵬極撤蟲。場交M晶體 管可以在至少為4GHz頻率的情況下，在連續(xù)波或脈沖操作下，展現(xiàn)出大于 40W/mm的功率密度。
場效應(yīng)晶體管可以進(jìn)一步包括在溝道層之上的n嫉氮化物勢(shì)壘層。柵極撤蟲 可以在勢(shì)壘層之上，且勢(shì)雖禾購道層可以在溝道層中TO^壘層和溝道層之間 的界面處共同弓胞二維電^。
勢(shì)壘層可以包括在溝道層之上的第一勢(shì)壘子層和在第一勢(shì)壘子層之上的第
二勢(shì)壘子層。第一勢(shì)壘子層可以包括A1N且第二勢(shì)壘子層可以包括AU^—XN，其 中0.15^0.45。如果存在第一和第二勢(shì)壘子層，貝ij第一勢(shì)壘子層可以具有等于約4nm的厚 度，且第二勢(shì)壘子層可以具有約10到約50nm的厚度。
溝道層可以包括第一溝道子層和在第一溝道子層a的第二溝道子層。第一 溝道子層可以包括GaN且可以具有至少約lxl017/cm3的Fe摻雜劑濃度。第二溝 道子層可以包括GaN且可以在其中具有隨離離第一溝道子層而斷氐的Fe摻雜 劑濃度。
場板可以^Jl部場板，且場效應(yīng)晶體管可以進(jìn)一步包括在勢(shì)壘層t上的分隔 層，且下部場板電連接至卿極并從柵極撤蟲的漏極一側(cè)朝著漏極撤蟲延伸艦分 隔層，iilU—距離Lroi。上部場板可以至少從下部場板的漏極側(cè),朝著漏極接 觸延伸M1^色緣層，超lj一距離L孤。為了在l一6GHz范圍內(nèi)操作，Lroi+Lro2 可以是約l-2.5Mm。特別是，LFTO可以是約0.5Mm且Lm2可以是約1.2Mm。
下部場板還可以朝著源極擲蟲延伸 1分隔層，超lj從約Omhi到約0.5阿 的距離。分隔層可以包括SiN。
當(dāng)漏極電壓為135V時(shí)，可以^^共至少40W/mm的功率密度。場交她晶體管 可以具有大于50%的功寧曾加效率(PAE)。
本發(fā)明的某些實(shí)施例提供一種場效應(yīng)晶體管，皿頻率至少為4GHz的情況 下，在^^賣波^E，作下，具有大于40W/mm的功率密度。當(dāng)漏極電壓為135V 時(shí)，可以Jif共至少40W/mm的功率密度，且場交娘晶體管可以具有大于50%的PAE。
本發(fā)明的某些實(shí)施例樹共一種場^^晶體管，其包括n藤氮化物溝道層，以 及祖i腺氮化物的溝道層上的柵極撤蟲并且設(shè)置為在電壓施加到柵極撤蟲時(shí)，調(diào)
制溝道層的導(dǎo)電率。柵極撤蟲可以具有1度，該長度設(shè)置為^S1 lGHz頻率
的情況下，允許對(duì)溝道層導(dǎo)電率進(jìn)4亍調(diào)制。源極撤蟲和漏極撤4祖頂矣氮化物溝 道層之上，絕緣層在柵極撤itt上，且場板在絕緣層之上并電耦合到源極撤蟲。
場效應(yīng)晶體管可以在至少為10GHz頻率的情況下，在連續(xù)波^EH^作下，展現(xiàn) 出大于5W/mm的功率密度和大于60%的功對(duì)曾加效率。
場效應(yīng)晶體管可以進(jìn)一步包括在溝道層:tJ:的n嫉氮化物勢(shì)壘層。柵極撤蟲 可以在勢(shì)壘層之上，且勢(shì)壘層和溝道層可以在溝道層中Hi^壘層和溝道層之間 的界面處共同弓胞二維電^。
勢(shì)壘層可以包括在溝道層之上的第一勢(shì)壘子層和在第一勢(shì)壘子層之上的第 二勢(shì)壘子層。第一勢(shì)壘子層可以包括A!N且第二勢(shì)壘子層可以包括McGa，《N，其 中0.15^0.45。
如果存在第一和第二勢(shì)壘子層，貝悌一勢(shì)壘子層可以具有等于約4腦的厚 度，且第二勢(shì)壘子層可以具有約10到約50nm的厚度。
溝道層可以包括第一溝道子層和在第一溝道子層之上的第二溝道子層。第一 溝道子層可以包括GaN且可以具有至少約lxl017/cm3的Fe摻雜劑濃度。第二溝 道子層可以包括GaN且可以在其中具有隨著遠(yuǎn)離第一溝道子層而陶氐的Fe摻雜 劑濃度。
場板可以^h部場板，且場效應(yīng)晶體管可以進(jìn)一步包括在勢(shì)壘層^h的分隔 層，且下部場板電連接到柵極并從柵極f魏蚰鄰扁極一則纖朝著漏極撤蟲延伸越 過分隔層，超廿一距離Lroi。上部場板可以至少從下部場板的漏極極側(cè)纖朝著 漏極撤蟲延伸 ^色緣層，超lJ一距離Lroz。 Lro,+ LpD2可以是約0.3-1 .OMm。特別 是，Lfro可以是約0.25,且Lfd2可以是約0.3,。
下部場MS可以朝著源極撤il!M伸M分隔層，超ij從約Omhi到約0.5拜 的距離。分隔層可以包括SflSL
當(dāng)漏極電壓為28V時(shí)，可以^f共至少5W/mm的功率密度。
本發(fā)明的某些實(shí)施例掛共一種場交她晶體管，雜頻率至少為10GHz的情 況下，在C級(jí)模式下的連續(xù)波^^ 作下，具有大于5W/mm的功率密度和大于60%功率增加效率。
當(dāng)漏極電腿少為28V時(shí)，可以Jlf共大于5W/mm的功率密度。 場效應(yīng)晶體管可以在頻率至少為10GHz的情況下，在C級(jí)模式下操作時(shí)，
具有大于7W/mm的功率密度。當(dāng)漏極電壓至少為38V時(shí)，可以提供大于7W/mm
的功率密度。
場效應(yīng)晶體管可以在頻率至少為10GHz的情況下，在C級(jí)模式下操作時(shí)， 具有大于10W/mm的功率密度。當(dāng)漏極電SM少為48V時(shí)，可以Jif共大于10W/mm 的功率密度。
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，還可以提供具有不同組合和/或子組合的上述晶體 t^爭性的晶體管。


包括提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解且并入和構(gòu)成此應(yīng)用的一部分的附圖闡述 本發(fā)明的某些實(shí)施例，附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的具有單一場板結(jié)構(gòu)的晶體管的截面亂 圖2是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的具有雙場板結(jié)構(gòu)的晶體管的截面圖3是根據(jù)本發(fā)明的另夕卜的實(shí)施例的具有雙場板結(jié)構(gòu)的晶體管的截面圖4是當(dāng)偏壓為135V時(shí)，在4GHz情況下，對(duì)于顯示出40W/mm功率密度 和60%功率增加效率(PAE)的246Mm寬的器件的功率掃描圖表。線性增益為 18.5dB且關(guān)聯(lián)大信號(hào)增益為16dB;以及
圖5是在4GHz情況下，對(duì)于246mhi寬的^l件，在不同級(jí)別偏壓的瞎況下， Pout、增益和PAE對(duì)比漏極-源極電壓Vre所顯示的結(jié)果的圖表。
具體實(shí)施例方式
以下，將參照附圖更加全面地描述本發(fā)明，其中示出本發(fā)明的實(shí)施例。但是， 本發(fā)明不能理解為限定于此 出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例是為了使 得本文公開得徹底和完整，以及向本領(lǐng) 術(shù)人員全面地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。在 附圖中，為了清楚，將層和區(qū)域的厚i^文大。全文中，相同的附圖^i己4樣相同 的元件。對(duì)于這里4OT的術(shù)語"和/或'包括一個(gè)或多個(gè)所歹峰項(xiàng)的任意和全部組合。
這里所使用的術(shù)，僅為了描述特定實(shí)施例，并不意 對(duì)本發(fā)明的限制。 如這里4頓的單數(shù)形式"一個(gè)"和"該'意指也包括復(fù)數(shù)形式，除非本文另夕卜明確地 表明。將進(jìn)一步理解的是術(shù)語"包括'和/或'包括了"用在本說明書中時(shí)，說明械確定的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件，但是并不排除存在或增加一個(gè) 或多^f寺征、鄉(xiāng)、步驟、操作、元件、部件和減其群組。
將可以働軍的是，當(dāng)例如一個(gè)層、區(qū)鵬t底的元件稱作位于另一元件"上"
或延伸在另一元件"上"時(shí)，其可以直m于^E接延伸在其他元件上或也可^E
中間的元件。相反，當(dāng)一個(gè)元件稱作'直接"位于另一元件"上或'直接'延伸在另一 元件"上"時(shí)，則蹄在中間元件。還可以M的時(shí)當(dāng)一個(gè)元件稱作'連接或'耦合" 到另一元件時(shí)，其可以直接連接或耦合到其他元件或可以存在中間元件。相反， 當(dāng)一個(gè)元件稱作'直接連接"或'直接耦合"到另一元件時(shí)，貝杯械中間元件。
將可以理解的是，雖然術(shù)語第一、第二等可以用&t匕處以描述不同的元件、 部件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分將不被這些 術(shù)語所限制。這些術(shù)語僅僅用于區(qū)t個(gè)元件、部件、區(qū)域、層或部分和另一區(qū)
域、層或部分。因此，下;^/f探討的第一元件、部件、區(qū)域、層或部分可以被稱
為第二元件、部件、區(qū)域、層或部分而不偏離本發(fā)明的教導(dǎo)。
而且，相關(guān)性的術(shù)語，例如"下部或'底部鄰"上部或'頂部可以用于此處 以描述如附圖中所闡述的一個(gè)元件與另一元件的關(guān)系。將可以理解的是相關(guān)性術(shù) 語意指包含器件除了在附圖中所示的方向之外的不同方向。例如，如果將附圖中 的器件倒置，貝鵬述為在其他元件側(cè)"下部'的元件將定向?yàn)樵谄渌?cè)的"上 部'。因此，范例性的術(shù)語"下部可以傲照附圖的特定方向而同時(shí)包括'下部鄰"上 部'的方向。同樣地，如果將其中一個(gè)附圖中的器件倒置，貝鵬述為在其他元仵'下 面'或'之下"的元件將定向?yàn)樵谄渌?上面'。因此，范例性術(shù)語"下面'或'之 下"可以同時(shí)包括上面和下面的方向。而且，術(shù)語"外部'可以用于〗樣離襯底最遠(yuǎn) 的一賴面和瀬。
通過參考示意出本發(fā)明的理想實(shí)施例的截面圖來在本文描述本發(fā)明的實(shí)施 例。同樣地，由此產(chǎn)生的附圖糊犬的變化，例如制造技賴口/或公差的變化都應(yīng)認(rèn) 為是合理的。因此，本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)限定于在此處闡述的區(qū)域的特定開娥， 而是包括例如制造中的糊 異。例如，闡述為矩形的亥鵬區(qū)鄉(xiāng)每典型地具有錐 形、圓形或曲線特征。因此，附圖中闡述的區(qū)域?qū)嶋H上是示意性的，且它們的形 狀并不意歸闡述為器件的區(qū)域的精確微和并不意瞎限制本發(fā)明的范圍。
除非另行定義，于此使用的所有術(shù)語(包括技將畔斗學(xué)術(shù)語)都具有本發(fā)明 所屬領(lǐng)域技術(shù)人員通常所理解的含義。將進(jìn)一步理解的是，這些術(shù)語，例如那些在通常使用的字典中定義的術(shù)語，應(yīng)當(dāng)解釋為具有符合在本說明書全文中的含義 以及相關(guān)技術(shù)的含義，且不育獬釋為理想化的或非常亥販的含義，除一瞎本文中 特別定義。
本領(lǐng)fe娥術(shù)人員還將認(rèn)識(shí)到所提及的結(jié)構(gòu)或特征設(shè)置為"臨近'另HT征，可 以具有 臨遞寺征或位于臨近特征之下的部分。
本發(fā)明的實(shí)施例特別適用于在氮化物基器件中使用，例如m族氮化物基 hemt。如在本文中4柳的術(shù)語"m族氮化物'i樣那些形成于t^啁期表的n鏃
元素之間的半導(dǎo)電化^tl，通常是鋁(Al)、鎵(Ga)禾口/或銦(In)。該術(shù)語還代 t元和四元化合物，例如MGaN和AUnGaN。正如本領(lǐng)ii^術(shù)人員所公知的那 樣，I頂矣元素可以與氮組合形成二元(例如GaN)、三元(例如AlGaN、 AlInN) 和四元(例如AlInGaN)化^。這^[七^t)都具有一摩爾氮與總量為一摩爾的 n鏃元素組合的化學(xué)式。因此，例如AU5a^N，其中(^《1的化學(xué)式通常用于描 述它們。
雖然參照特定結(jié)構(gòu)來描述本發(fā)明的實(shí)施例，但是其他結(jié)構(gòu)和/或用于制造 GaN基HEMT的技術(shù)也可以應(yīng)用于本發(fā)明的某些實(shí)施例中。這些結(jié)構(gòu)禾n/或技術(shù) 可以包括那些描述在例如屬于US專利6316793和2001年7月12日申報(bào)，2002 年6月6日公開的名稱為"在氮化! 帽狀物部分上具有柵極撤蟲的鋁氮化像氮 化鎵高電子遷移率晶體管及其制造方法"的US專利公開2002/0066908A1 ， Smorchkova等的US專利公開2002/0167023Al ，公開于2002年11月14日，標(biāo) 題為"具有勢(shì)塔分隔層的n嗾氮化物基高電子遷移率晶體管(HEMT)"，于2003 年7月11日斬艮，名稱為"氮化物基晶體管及其^頓非亥頓撤蟲凹陷的制造方法" 的US專利申請(qǐng)序列第10/617843號(hào)，于2004年2月5日樹艮，名稱為"具有電荷 轉(zhuǎn)移誘導(dǎo)能量勢(shì)壘的氮化物異質(zhì)結(jié)晶體管及其制造方法"的US專利申請(qǐng)序列第 10/772882號(hào)，于2004年7月23日斬艮，名稱為"具有鶴和凹陷柵極的氮化物 基晶體管的制造方法"的US專利申請(qǐng)序列第10/897726號(hào)，于2004年5月20日 申報(bào)，標(biāo)題為"具有再生,撤4區(qū)域的氮化物基晶體管的制造方法以及具有再生 撤蟲區(qū)域的氮化物基晶體管"的US專利申請(qǐng)序列第10/849617號(hào)，于2004年 5月20日斬艮，標(biāo)題為"具有混合溝道層的半導(dǎo)#^件、電流孔晶體管及其制造方 法，的US專利申i青序列第10/849589號(hào)，于2002年7月23日申報(bào)且于2003年1 月30日公開，名稱為"絕緣柵極AlGaN/GaNHEMT的US專利公開2003/0020092，以及于2004年11月23日申報(bào)，標(biāo)題為"用于氮化物基晶體管的鶴和/或鈍化層、 晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法"的US專利申請(qǐng)序列第10/996249號(hào)。將戰(zhàn)公開內(nèi)容 中描述的所有內(nèi)容并入于此。
本發(fā)明的某些實(shí)施例提供一種寬帶隙場效應(yīng)晶體管，其具有在頻率至少為 4GHz的情況下，大于40W/mm的功率密度。而且，該晶體管可以在4GHz的情 況下，Jlf共至少60%的功寧曾加功效(PAE)禾口/鵬10 GHz的瞎況下，掛共至 少60%的功寧曾加功效(PAE)。據(jù)些實(shí)施例中，在不艦3dB的壓縮下，可以 獲得戰(zhàn)功率密度和/或PAE。
本發(fā)明的某些實(shí)施例掛共一種寬帶隙場效應(yīng)晶體管，其具有雙場板配置，其 中第二場板連接到所述晶體管的源極撤蟲。這種晶體管可以具有提高的功率能力 和陶氏了的柵極，極反饋電容。
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的示例性器件圖舒圖1-3中。但是，本發(fā)明的實(shí) 施例不應(yīng)解釋為局限于這里描述的特標(biāo)例性實(shí)施例，而是可以包括衞共這里描 述的晶體徵寺性的招可適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D1 ，闡述具有單一場板結(jié)構(gòu)的部分HEMT器件結(jié)構(gòu)10。結(jié)構(gòu)100包 括其上形成了氮化物MI件的襯底12。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，襯底12可以 是半絕緣碳化硅(SiC)襯底，其可以例如是4H多型碳化硅。其他的碳化硅可選 多型包括3C、 6H和15R多型。術(shù)語"半絕緣"在相對(duì)意m頓。在本發(fā)明的特 定實(shí)施例中，碳化硅塊晶WE室溫下具有等于或大于約lxl05Q~cm的電阻率。
可以提供A1N緩沖層14，其可以在碳化硅襯底和器件的其他結(jié)構(gòu)之間提供 適當(dāng)?shù)木w結(jié)構(gòu)過渡。緩沖層14可以具有從約100nm至約500nm的厚度。在特 定實(shí)施例中，緩沖層14可以具有約200nm的厚度。
可以在襯底12禾購道層16之間可以樹共如上所述的害妙啲緩沖層、逾鶴 禾口/^it亥層。例如，也可^f共應(yīng)變平衡逾廳，雜如在2002年7月19日申報(bào)， 2003年6月5日公開，標(biāo)題為"應(yīng)變平後嵐化物異質(zhì)結(jié)晶體管鵬變平繊化物異 質(zhì)結(jié)晶體管的制造方法"的US專利公開2003/0102482A1中描述的， 2002年 7月19日耕艮，2004年1月22日公開，標(biāo)題為"應(yīng)變州嘗半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)鵬變韋M嘗 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法'的美國專利公開2004/0012015Al中被描述，Mil參考將 戰(zhàn)公開內(nèi)容并入于此，以&th全面闡述。
適合的SiC襯底由例如為本發(fā)明的受讓人的Durham^N.C.的Cree公司審臘，且制造方法被例如描述于US專利Nos.Re.34861; 4946547 ; 5200022和6218680，
i!31參考其全文將所述內(nèi)^^入于此。相寸^t也，用于外延生扮頂矣氮化物的技術(shù) 己經(jīng)被描述于例如US專利5210051; 5393993; 5523589和5592501中，M3i參 考其全文也將所述內(nèi)容并入于此。
雖然碳化硅可以用作襯底材料，但本發(fā)明的實(shí)施例可以利用任何適當(dāng)?shù)囊r 底，例如藍(lán)寶石、氮化鋁、氮化鋁鎵、氮化鎵、硅、GaAs、 LGO、 ZnO、 LAO、 InP等。在某些實(shí)施例中，也可形鵬合所用襯底鄉(xiāng)的緩沖層。例如在j頓藍(lán)寶 石襯底的實(shí)施例中，緩沖層可以參照US專利5686738中掛共的方^^形成。
j鵬參照?qǐng)D1 ，溝道層16被衝共在緩沖層14 ;t±。溝道層16可以經(jīng)^M 應(yīng)力。而且，溝道層16、緩沖層14禾口/^t亥和/^3^鶴可以艦MOCVD鵬 過本領(lǐng)Jffi術(shù)人員公知的例如MBE或HVPE的其他技術(shù)被沉積。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，溝道層16包括n鏃氮化物，且特別魏括GaN。 溝道層16可以絲摻雜的("非故意摻雜')禾口/鋼摻雜劑摻雜的，且可以生長到 大于約20義的厚度。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，溝道層16是GaN且具有約1.6, 的厚度。
如圖1所示，溝道層16可以包括形鵬緩沖層14之上的第一溝道子層16A， 以及形鵬第一溝道子層16A之上的第二溝道子層16B。第一溝道子層16A可以 具有約0.1-8.0拜的厚度。第一溝道子層16A可以被摻雜有至少約lxl(F/cn^濃 度的Fe，且特別是具有約lxlOVcm3濃度的Fe。
例如二潔失的金屬有機(jī)源氣體可以用作源氣體，以在4柳化學(xué)氣相沉積形成 第一溝道子層16A時(shí)提供Fe摻雜劑。當(dāng)完，一溝道子層16A的生&后，關(guān) 閉Fe源氣體時(shí)， 一些殘留的Fe可能 隊(duì)到后續(xù)的生長層。艮卩，即使Fe源氣體關(guān) 閉之后， 一些Fe源材料j燃可能保留在生長系統(tǒng)中，這可肖該ie[耖卜延層中Fe的 濃度在源關(guān)閉之后相對(duì)傲也陶氐。因此，第二溝道子層16B可以掛共在第一溝道 子層16A上。第二溝道子層16A可以具有約0.2-2.0拜的厚度，且可以是非故意 摻雜的。然而，如上所駄的，第二溝道子層16B可以包括隨魏離第一溝道子 層16A而斷氐的Fe摻雜劑濃度。
在特定實(shí)施例中，第一溝道子層16A具有約0.8拜的厚度，且第二溝道子層 16B具有約0.8,的厚度。
勢(shì)壘層18 Jtf共在溝道層16上。勢(shì)壘層18可以具有大于溝道層16的帶隙的帶隙，且勢(shì)雖18也可具有比溝道層16小的電子親和力。
勢(shì)壘層18可以形鵬溝道層16 :t±。在本發(fā)明某一實(shí)施例中，勢(shì)雖包括 在溝道層16之上的第一勢(shì)壘子層18A以及在第一勢(shì)壘子層18A上的第二勢(shì)壘子 層18B。第一勢(shì)壘子層18A可以包括應(yīng)且可以具有超喲4nm的厚度。第二勢(shì) 壘子層18B可以包括AlxGa.xN且可以具有約10-50nm的厚度。第二勢(shì)壘子層18B 可以具有約15%45% (gp， 0.15￡x^0.45)的鋁的摩爾分?jǐn)?shù)。在特定實(shí)施例中，第 一勢(shì)壘子層18A可以是約0.8nm厚。第二勢(shì)壘子層18B可以具有約25腦的厚度 且可以具有約25% (g卩，x 0.25)的鋁的摩爾分?jǐn)?shù)。
根據(jù)本發(fā)明的某一實(shí)施例的勢(shì)壘層的例子描述于Smorchkova等提出的，標(biāo) 題為"具有勢(shì)對(duì)分隔層的n鏃氮化物基高電子遷移率晶體管(HEMT)"的US專 利公開2002/0167023Al中，i!M參考其公開內(nèi)容將其并A^:文，以鄉(xiāng)匕處全面闡 明。
在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，勢(shì)壘層18足夠厚且具有足夠高的A1成分，且摻 雜從而ffiil極化交M在溝道層16和勢(shì)壘層18的界面處引起明顯勢(shì)壘濃度。
柵極撤蟲24掛共在勢(shì)壘層18上。源極撤蟲和漏極^M 20和22作為,接 觸Jlf共在勢(shì)壘層18上和/^E伸i!31勢(shì)銀18。處理(例如M31燒結(jié)),撤蟲 以具有穿過勢(shì)壘層18至購道層16的低電阻率連接。例如，艦電子束蒸發(fā)將源 極t數(shù)蟲和漏極撤蟲20、 22形雌勢(shì)壘層18上，且可以在約880。C、鵬下進(jìn)1瑰 火。因此，如圖1所示，在處理之后，,t數(shù)蟲20和22可以穿過勢(shì)壘層18延伸 到溝道層16。當(dāng)柵極24被施加了與源極20相關(guān)的適當(dāng)電平的偏壓時(shí)，通過在溝 道層16中誕該溝道層16和勢(shì)壘層18之間的界面處弓胞的2DEG溝道26，電 流可以在源極撤蟲和漏極撤蟲20、 22之間流動(dòng)。
柵極24可以利用例如電子束蒸a^形成，且可以包括具有約50—500nm厚 的鎳層和約100—1000ran厚的金層的Ni/Au結(jié)構(gòu)。在特定實(shí)施例中，柵極24可以 包括約20nm厚的鎳和約450nm厚的金。
柵極24可以具有約0.35-2.0nm (用于在20GHz至U lGHz范圍內(nèi)操作)的柵 極長度Lg。特別是，用于在4GHz下操作，柵極24可以具有約0.55Mm的柵極長 度Lg。用于在10GHz下操作，柵極24可以具有約0.5Mm的柵極長度Lo。柵極長 度(Lg)影響柵極下面的載流子的傳輸時(shí)間，其依次影響器件的操作頻率。
非導(dǎo)Efem—分隔層62衛(wèi)共在柵極24與源極撤蟲以及漏極撤蟲20、 22之間的勢(shì)壘層18 t匕第一分隔層62可以包括具有約50—300nm厚度的SixNy(2^^4， 3Sy^5)。在特定實(shí)施例中，第一分隔層62可以包括具有約200nm厚度的SbN4層。 第一分隔層62可以在器件金屬^t前形成，且在某些實(shí)施例中，可以j頓 與用于形成勢(shì)壘層18相同的外延生長技術(shù)生長該第一分隔層62。第一分隔層62 可以包括例如II厳氮化物材料的夕卜延材料，所逝頂矣氮化物材料可以具有不同的 IIB夷元素，例如A1、 Ga或In的合金，^ii的分隔層材料是AlxGa^N (0^x2)。 可替換地，分隔層62可以包括SixNy、 Si02、 Si、 Ge、 MgOx、 MgNx、 ZnO及其 合金稱廳序列。參考SflSf、 SiON、 SiOx、 MgNx割樣化學(xué)i惰組戯n/或非化 學(xué)i樓且鵬斗。
第一分隔層62設(shè)置為在第一場板64和勢(shì)壘層18之間提供絕緣，所以第一 分隔層62僅需SM^—場板62之下的勢(shì)壘層18。然而，為了簡化制itil程，第 一分隔層62可以形皿勢(shì)壘層18的^上表面上。
第一分隔層62可以接著Mi^擇性亥鵬，以掛共用于柵極24的開口。還可以 亥lMffi于源極撤蟲20和漏極撤蟲22的開口。 M屬化期間，可以形 極24以 與勢(shì)壘層18電連接。
第一場板64可以形成為集成到柵極24且可以在分隔層62上從柵極24的漏 極側(cè)職朝著漏極撤蟲22延伸1到2.5拜范圍內(nèi)的距離Lroi ，以用于在1 —6GHz 下操作。為了在10GHz下操作，第一場板64可以朝著漏極J數(shù)蟲22延伸0.2-0.6jum 范圍內(nèi)的距離Lro。第一場板64可以從柵極24的源極側(cè): 朝著源樹魏蟲20延 伸0到0.5Mm范圍內(nèi)的距離Lps。在特定實(shí)施例中，為了在l一6GHz范圍下操作， 第一場板64可以朝著漏極撤蟲22延伸約1,的距離Lfd并且朝著源極撤蟲20 延伸約0.3Mm的距離Lre。為了在10GHz范圍下操作，第一場板64可以朝著漏極 撤蟲22延伸0.25,的距離Lroi 。
第一場板64可以電連接至lJ柵極24，例如，艦其與柵極24的集成結(jié)構(gòu)。第 一場板64可以從柵極24 i^賣延伸或可以在與柵極24的連接中，在柵極撤蟲24 的源IMil極側(cè)赫同時(shí)在源極和漏極側(cè)具有fi^/洞，只要有足夠的導(dǎo)電路徑可 用于在柵極24和第一場板64之間有效地傳播電流即可。
因?yàn)榈谝粓霭?4可以形成為與柵極24集成，所以第一場板64可以利用例 如電子束蒸^e形成，且可以包括具有約50—500nm厚的鎳層和約100—1000nm 厚的金層的Ni/Au結(jié)構(gòu)。在特定實(shí)施例中，第一場板64可以包括約20nm厚的鎳和約450nm厚的金。
源極和漏極WI擲蟲可以由不同的材料制成，包括但不限于鈦、鋁、金或鎳 的合金。柵極24和第一場板64也可由不同材料制成，包括但不限于金、鎳、鈾、 鈦、鉻、鈦和鎢的合金、或硅化鉬。
具有場板的晶體管以及這種晶體管的制造方齒列如描述于2005年3月11日 斬艮，標(biāo)題為"具有柵魂場板的寬帶隙晶體管"的US專利申請(qǐng)序歹嗨11/078265 ， 2004年8月31日申報(bào)，且標(biāo)題為"具有場板的寬帶隙晶體管器件"的US專利申請(qǐng) 序歹U第10/930160， 2004年5月28日申報(bào)，且標(biāo)題為"包括具有場板的寬帶隙場效 應(yīng)晶體管的共發(fā)共基放大器結(jié)構(gòu)"的US專利申請(qǐng)序列第10/856098，以及2004年 9月9日申報(bào)，且標(biāo)題為"單一或多柵極場板的審臘"的國際申請(qǐng)PCT/US04/29324 中，M參考將J^公開內(nèi)容并A^文以闡述其內(nèi)容。
在橫向于柵極長度的方向(即，iSA和從圖1中的頁面出來的方向)延伸的 柵極撤蟲24的尺寸，在這里由柵極寬度WU様。功率密度是標(biāo)準(zhǔn)化器件特性， 其允許不同尺寸器件的交叉對(duì)比。功率密度定義為柵極寬度每 的功率輸出瓦 特，或W/mm。
參照?qǐng)D2，闡述具有雙場板結(jié)構(gòu)的晶體管結(jié)構(gòu)200。第二晶體管結(jié)構(gòu)200包 括類似于圖1中所示的第一晶體管結(jié)構(gòu)謂的元件和特征。例如，第二晶體管結(jié) 構(gòu)200包挪,形鵬襯底12上的緩沖層14、溝道層16和勢(shì)壘層18。第二晶體 管結(jié)構(gòu)200的襯底12、緩沖層14、溝道層16和勢(shì)雖18可以參照±^第一晶體 管結(jié)構(gòu)100所述的方法而形成。
第二晶體管結(jié)構(gòu)200包括在勢(shì)壘層18上的第一分隔層62。然而，在第二晶 體管結(jié)構(gòu)中，第一分隔層62可以具有約50—200ran的厚度，且更具體的是可以 具有約100nm的厚度。
第二晶體管200還包括具有集成的第一場板64的柵極24。柵極24和第一場 板64可以如上it那樣形成。然而，在第二晶體管結(jié)構(gòu)200中，第一場板64可以 朝著漏極撤蟲22延伸約0.5,的距離Lroi 。
第二晶體管結(jié)構(gòu)200包括雙場板結(jié)構(gòu)。具體的，第二非導(dǎo)電分隔層72可以 形)te第一場板64和第一分隔層62之上。第二分隔層72可以包括SiN、 SK^、 Si、 Ge、 MgOx、 MgNx、 ZnO、合金和/或其層序列。第二分隔層72可以通過領(lǐng)魅寸 沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)或其它工藝形成。第二分隔層72可以由與第一分隔層62相同的材料^#料層形成，且可以具有50到200nm范圍 內(nèi)的總厚度。在特定實(shí)施例中，第二分隔層72可以包括Si3N4且可以具有約lOOnm 的厚度。
第二場板74可以如圖2所示那樣 柵極?？商鎿Q地，在柵極24的，24A 禾口第ZJi板74的初^mt間可以有間隔。第:^湯板74 /Am—場板64的漏極側(cè) 纖朝著漏極撤蟲22延伸距離LFD2， i效巨離可以是在1.0-2.0Mm的范圍內(nèi)，以便 在1 一6GHz情況下獲得高功率密度(例如40W/腿)。為了在10GHz情況下操作， L^2可以具有0.3-1 .OMm的范圍。在1—6GHz情況下操作的特定實(shí)施例中，第二 場板74朝著漏極，數(shù)蟲22延伸約1.2Mm的距離LpD2，且第一和第Zli/板64、 74的 總長度Lro+L孤約為1—2.5^m。為了在10GHz下操作，第一和第Zlt湯板64， 74 的總長度Lro一Lro2約為0.5—1.0Mm。在特定實(shí)施例中，為了在10GHz下操作， Lroi=0,25|jm且LFD2:0.3jjm。
第二分隔層72在第一場板64和第J湯板74之間衛(wèi)共電絕緣。因此，第二 分隔層72可以至少足以S^—場板64，以掛共這種電絕緣。
第二場板74可以fflil附圖2中示意的連接80電連接到源極撤蟲20?？商鎿Q 地，第二場板74可以電連接到柵極24?？梢允褂枚喾N不同的連接結(jié)構(gòu)。例如， 導(dǎo)電總線(未示出)可以用于將第J湯板74連接至l鵬極撤蟲20l^極24。多個(gè)總線可以用于將電流傳輸至嗨j湯板74中，同時(shí)不會(huì)a^多的有源區(qū)域，從而
不會(huì)引入不期望的電容。
形麟zJi板74之后，所述結(jié)構(gòu)可以用介電鈍化層(未示出)鶴，例如 氮化硅?？梢孕纬傻杞殡娾g化層，例如在Wu魏出的，標(biāo)題為"I頂矣氮化物 基FET以及具有斷氐的俘獲$她的HEMT及其制造方法"的US專利6586761中
描述的那樣，M:參考將J^公開內(nèi)容并入于此，以在這里全面闡述。
多個(gè)場板設(shè)置育詢多斷fc^件中的峰值電場，這可以致使增力口擊穿電壓和斷氐 俘獲效應(yīng)。當(dāng)如，設(shè)置時(shí)，包括源IK接的場板的多個(gè)場板的屏蔽效應(yīng)肖^I鄰爭 低晶體管器件的柵極，極的電容，這可以增強(qiáng)輸入-輸出絕緣。
場板可以^t柵^i^的漏極側(cè)上的電場分布并且可以斷氐其峰值。這不僅 增加了器件擊穿電壓，而且還陶氐了高場俘獲$鵬，因此增強(qiáng)了在高頻瞎況下的 電流-電壓擺動(dòng)。包括了柵fl3^接的場板的場板結(jié)構(gòu)的折衷包括在低電壓情況下附 加的柵極-漏極電容，和在高電壓膚況下的柵極-漏極的,長度的延長，這可以降1ft^件的增益。然而，本發(fā)明的某些實(shí)施例可以衛(wèi)共具有場板的寬帶隙》滅她晶 體管，其具有所需的高增益。
第一分隔層62的厚度影響在第一場板64下的附力購W^的開始電壓，同 時(shí)場板長度(Lroi+Lro2)影響場再成形區(qū)域的尺寸。為了維持良好的頻率性能， 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)指導(dǎo)方針可以通過場板將附加電容限制為原始柵極電容的10-15%。第二 場板74和漏tfe間的間隔(Lgd—Lroi—Lm2)可以設(shè)置為>2拜，以避爐早擊 穿。柵f超鵬極的距離LGs可以是約lMm。
第二場板74可以il31電子束蒸發(fā)形成，且可以具有相似于第一場板64的組 成。即，第:^湯板74可以包括具有約50—500nm厚的鎳層和約100—1000nm厚 的金層的Ni/Au結(jié)構(gòu)。在特定實(shí)施例中，第—J顛反74可以包括約20nm的鎳和約 450nm的金。
圖3中闡述第三晶體管結(jié)構(gòu)300。與圖2中所示的第二晶體管結(jié)構(gòu)200 —樣， 第三晶體管結(jié)構(gòu)300具有雙場板結(jié)構(gòu)。然而，如圖3中所闡述的，第三晶體管結(jié) 構(gòu)300具有沒有形成為與柵極24集成的第一場板364。而是，第一分隔層362形 成為S^勢(shì)壘層18和柵極24，且第一場板364形itt第一分隔層362上。第二 分隔層372覆M^—分隔層362和第一場板364，且第rJgj板374形j^E第二分 隔層372上。第二省板可以同時(shí)朝著源極撤蟲20禾口漏極撤蟲22延伸(即，L股X) 且LrozX))。
第一分隔層362和第二分隔層372可以由與前述第一分隔層62和第二分隔 層72樹以的材料形成，且第一場板372和第Z^湯板374可以由與前述第J湯板 74相似的材料形成。
第一場板364禾口/職^i湯板374可以電連接至鵬樹數(shù)蟲20或連接到柵極接 觸24。
些瞎況下，相比于第三器件結(jié)構(gòu)300，第二器件結(jié)構(gòu)200可以具有提升 了的穩(wěn)定性柳或可靠性。
除了如這里描述的，用于帝臘示例性器件的夕卜延結(jié)構(gòu)和工藝步驟可以禾,常 規(guī)制i^l術(shù)實(shí)施，例如在Wu等人的文章EDM Tech Dig.,2001年12月2—5日， pp.378-380中描述的那些，il31參考將所述內(nèi)容并A^文，以 闡述。
器件實(shí)例
第一示例性器件具有單一場板結(jié)構(gòu)，包括高純半絕緣SiC襯底12。應(yīng)緩沖層14形鵬襯底12 2Jl且具有約200ran的厚度。GaN第一溝道子層16A衛(wèi)共在 緩沖層12 ^J:，且具有約0.8拜的厚度。第一溝道子層16A被摻雜有濃度約為 lxl0"cm3的Fe。具有約0.8拜的厚度的GaN第二溝道子層16B形j^^一溝 道子層16A;tJi。第二溝道子層16B是非故意摻雜的，但是在其中具有殘留的Fe 摻雜劑濃度，該殘留的Fe摻雜劑濃度隨魏離第一溝道子層16A而陶氐。
第一勢(shì)壘子層18A Jtf共在第二溝道子層16B 2J:。第一勢(shì)壘層由A1N形成 并且具有約0.8nm的厚度。包括具有約25%的Al的AlGaN的第二勢(shì)壘層18B提 供在第一勢(shì)壘子層18A ;ti:并且具有約25腦的厚度。
由Sl3N4形成的第一分隔層62衛(wèi)共在第二勢(shì)壘子層18B之上并且具有約 200nrn的厚度。
源極，魏蟲和漏極撤蟲20和22延伸通過第一和第二勢(shì)壘層18A、 18B,并且 由Ti/Al/Ni/Au構(gòu)成，Ti/Al/Ni/Au的厚度分別為約10nm/120nm/30nm/50nm，其總厚 度約為220nm。柵極撤蟲24也被Jlf共在第二勢(shì)壘子層18B ;tJ:，并且是具有總厚 度約470nm (20nm的Ni/450nm的Au)的Ni/Au。第一場板64被Jlf共在第一分 隔層62a，并且具有與柵極24相同的成分。而且，Lo是0.55Mm， Lfs是0.3mhi， 禾口Lroi是lium。
具有雙場板結(jié)構(gòu)的第二示例性器件具有與第一示例性器^S本相同的結(jié)構(gòu)， 不同之處在于在第:^^例性器件中，Lp^是0.5Mm，禾口第一分隔層62的厚度趙勺
第二示例性結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括在第一場板64禾噍一分隔層62 a的具有約 100nm厚度的第二 SigN4分隔層72。第—J湯板74鶴柵t膽朝著漏極撤蟲22延 伸約1.2^m的距離Lro2,，一和第二場板64、 74的總長度約為1.7,。第二場 板74電連接到源極撤蟲。
第二示例性結(jié)構(gòu)具有246Mm寬的柵極。
現(xiàn)招射苗述本文中描述的示例性器件的性能。除非另外指出，參考圖4和5 在下文討論的器件是具有J^第1例性結(jié)構(gòu)的器件。然而，本發(fā)明實(shí)施例不應(yīng) 解釋為被限制到這^f寺定器件，而應(yīng)包括育^f共這里描述的鵬游性的其他器
件。而且，雖然這里描述了多種操作原理，但是本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)働軍為被限 制到特定的操作原理。
測(cè)量在4GHz情況下，具有第二示例性器件結(jié)構(gòu)的器件的遊吏波(CW)功率掃描，且結(jié)果顯示在圖4中。在室溫下且在Vc^l35V的B級(jí)偏壓下，在晶片 上測(cè)量器件。如圖4中所示，在24dBm的輸入等級(jí)下，器件實(shí)現(xiàn)了^l40W/mm。 在4GHz情況下的相關(guān)聯(lián)的功寧曾加效率(PAE)是60%，線性增益是18.5dB (大 信號(hào)增益16dB)。
在4GHz情況下，測(cè)量具有第二示例性器件結(jié)構(gòu)的器件對(duì)于不同的偏壓電平 的性能，且結(jié)果闡述在圖5中。在圖5中，對(duì)比從28V到148V范圍的漏極魂極 電壓標(biāo)示了輸出功率Pout、增益和PAE。
第二示例性器件結(jié)構(gòu)的設(shè)置可以允許M多個(gè)頻率范圍的更高增益。例如， 在10GHz情況下(即，X—帶頻率)，用于所述設(shè)置的高增益也產(chǎn)生高效率、高功 率操作。在10GHz情況下，觀賦與第二示例性器件相似的器件。lOGHz的器件具 有與第二示例性器f瞎本相同的結(jié)構(gòu)，不同之處是Lo為0.5拜、Lroi為0.25,以 及L孤為0.3|um。
在10GHz情況下，在Vre=28V (C級(jí)操作)下，器件顯示出63%的PAE 和53W/mm以及在Vds=38V(C級(jí)操作)下，器件顯示出64%的PAE和7.4W/mm， 以及在Vds二48V (C級(jí)操作)下，器件顯示出62o/。的PAE和10.8W/mm。
因此，本發(fā)明的某些實(shí)施例可以在RF、微波和/或毫米波頻率,兄下，為寬 帶隙場交娘晶體管Jlf共改善的功率性能。由于較高的輸入-輸出隔離(即，陶氐了 的柵豐蹈賺極的電容CoD)，所以本發(fā)明的某些實(shí)施例可以劍共高效率、高功斜口 減高增益操作，和/鵬急定的操作。
雖然已經(jīng)結(jié)合高頻率OlGHz)操作描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是本發(fā)明的 某些實(shí)施例可以fflil用于在劍^頻率下的高電壓應(yīng)用的大尺寸實(shí)現(xiàn)。
在附圖和說明書中，已經(jīng)公開了本發(fā)明的典型實(shí)施例，并皿然引用了特定 的術(shù)語，但是它們僅用于一般和描述性含義，且不作為限制的目的。
權(quán)利要求
1.一種場效應(yīng)晶體管，包括III族氮化物溝道層；在所述III族氮化物溝道層之上的柵極接觸，該柵極接觸被設(shè)置為當(dāng)電壓施加到所述柵極接觸上時(shí)調(diào)制所述溝道層的導(dǎo)電率，所述柵極接觸具有設(shè)置為在超過1GHz的頻率的情況下允許對(duì)所述溝道層的所述導(dǎo)電率進(jìn)行調(diào)制的長度；在所述III族氮化物溝道層之上的源極接觸和漏極接觸；在所述柵極接觸之上的絕緣層；以及在所述絕緣層之上的場板，其電耦合到所述源極接觸，其中所述場效應(yīng)晶體管在至少為4GHz頻率的情況下，在連續(xù)波或脈沖操作下，顯示出大于40W/mm的功率密度。
2.如權(quán)利要求1的場交姬晶體管，進(jìn)一步包括1^萬淑勾道層:^±的11腺氮化 物勢(shì)壘層，其中所述柵極撤蟲S^述勢(shì)，^Ji， 5所述勢(shì)壘層和所淑勾道層在所述溝道層中^^;M勢(shì)雖和所淑勾道層之間的界面處共同弓胞二維電^n。
3. 如權(quán)利要求2的場^贓晶體管，其中所述勢(shì)雖包括^^f淑勾道層U的第一勢(shì)壘子層以及在所述第一勢(shì)壘子層之上的第二勢(shì)壘子層，所述第一勢(shì)壘子層包括AIN _§/萬述第二勢(shì)壘子層包括MG^—XN，其中0.15￡x^).45。
4. 如權(quán)利要求3的場效應(yīng)晶體管，其中所述第一勢(shì)壘子層具有約0到約4nm 的厚度5Jf述第二勢(shì)壘子層具有約10到約50nm的厚度。
5. 如禾又利要求1的場交M晶體管，其中所淑勾道層包括第一溝道子層和i4^f 述第一溝道子層之上的第二溝道子層，所述第一溝道子層包括GaN且具有至少約 lxl017/cm3的Fe摻雜劑濃度，所述第二溝道子層包括GaN且在其中具有隨^M 離所述第一溝道子層而陶氐的Fe摻雜劑濃度。
6. 如權(quán)利要求1的場 娘晶體管，其中所述場板包括上部場板，所述場交她 晶體管進(jìn)一步包括^P/f述勢(shì)壘層:tJ:的分隔層；以及電連接到所述柵極的下縱湯板，該下部場板M^i柵極撤蟲的漏極側(cè)朝著所 淞扁極撤4^i^述分隔層延伸一距離Lroi，其中所赴部場板iA^f述下部場板 的漏極側(cè)邊緣朝著所述漏極接觸延伸一距離Lro2，且其中Lroi+ Lmz約為
7. 如^l利要求6的場效應(yīng)晶體管，其中l(wèi)roi約為0.5mhi且Lm2約為1 .2miti。
8. 如權(quán)禾腰求6的場交她晶體管，其中所述下部場板還朝著所述源極撤鵬 M^述分隔層延伸約Omhi到約0.5拜的距離。
9. 如權(quán)利要求6的場 娘晶體管，其中所述分隔層包括SiN。
10. 如權(quán)利要求1的場效應(yīng)晶體管，其中在135V的漏極電壓下提供至少 40W/誦的功率密度。
11. 如權(quán)利要求1的場交她晶體管，其中所述場 她晶體管具有大于50%的 功寧曾加效率。
12. —種在至少為4GHz頻率的情況下在連續(xù)波或脈沖操作下具有大于 40W/mm的功率密度的場效應(yīng)晶體管。
13. 如權(quán)利要求12的場效應(yīng)晶體管，其中在135V的漏極電壓下提供至少為 40W/mm的功率密度。
14. 如權(quán)利要求12的場效應(yīng)晶體管，其中所述場效應(yīng)晶體管具有大于50% 的功寧曾加效率。
15. —種場玄鵬晶體管，包括 職氮化娜勾道層；^^逝頂矣氮化物溝道層a的柵極撤蟲，該柵極撤蟲被i5S為當(dāng)電壓施加 到所述柵極接觸上時(shí)，調(diào)制所^^勾道層的導(dǎo)電率，所述柵極，數(shù)4具有被設(shè)置為在 鵬lGHz的頻率的情況下允許對(duì)所淞勾道層的所述導(dǎo)電率進(jìn)衍雕啲長度；棚逝鵬氮化物溝道層^J:的源極撤蟲和漏極撤蟲；^^述柵極撤^Jt的絕緣層；以及^ffi^色緣層^h的場板，該場板電耦合到所述源極，魏蟲，其中所述場交姬 晶體管在至少為lOGHz的頻率的情況下，在連續(xù)波或脈沖操作下顯示出大于 5W/mm的功率密度和大于60%的功對(duì)曾加效率。
16. 如權(quán)利要求15的場交M晶體管，進(jìn)一步包括i5^f述溝道層;tJ:的n膝氮化物勢(shì)壘層，其中所述柵極撤蟲^^f述勢(shì)壘層:tJ:， S^述勢(shì)壘層和所述溝道層 在所述溝道層中靠近所述勢(shì)壘層和所述溝道層之間的界面處共同引起二維電子氣。
17. 如權(quán)利要求16的場交娘晶體管，其中所述勢(shì)雖包括ll^f^溝道層之上的第一勢(shì)壘子層以及在所述第一勢(shì)壘子層之上的第二勢(shì)壘子層，所述第一勢(shì)壘子層包括A1N ^gjff述第二勢(shì)壘子層包括AlxGa^N，其中0.15&^0.45 。
18. 如權(quán)利要求17的場交婉晶體管，其中所述第一勢(shì)壘子層具有約0至喲 4nm的厚度_@^ 述第二勢(shì)壘子層具有約10到約50nm的厚度。
19. 如權(quán)利要求15的場交M晶體管，其中所淑勾道層包括第一溝道子層和在 所述第一溝道子層a的第二溝道子層，所述第一溝道子層包括GaN且具有至少 約lxlO"/cm3的Fe摻雜劑濃度，所述第二溝道子層包括GaN且在其中具有隨著 遠(yuǎn)離所述第一溝道子層而陶氐的Fe摻雜劑濃度。
20. 如權(quán)利要求15的場^/S晶體管，其中所述場板包括上部場板，所述場效 應(yīng)晶體管進(jìn)一步包括a^f述勢(shì)壘層之上的分隔層；以及電連接到所述柵極的下部場板，該下部場板M^述柵極撤蟲的漏極側(cè)纖朝 著所淑扁極撤ife^^f述分隔層延伸一距離Lroi，其中所^:部場板M^述下部 場板的漏極側(cè)邊緣朝著所述漏極接觸延伸一距離Lroz，且其中Lrol+ Lro2約為 0.3-1 .O拜。
21. 如權(quán)利要求20的場交她晶體管，其中Lroi約為0.25拜且LpD2約為0.3,。
22. 如權(quán)利要求20的場交她晶體管，其中戶服下部場板還朝著所述源極撤蟲 MJ^述分隔層延伸約Omhi到約0.5^m的距離。
23. 如權(quán)利要求20的場效應(yīng)晶體管，其中所述分隔層包括SiN。
24. —種超少為lOGHz的頻率的情況下當(dāng)在C級(jí)模式中時(shí)在3^賣波^E ，作下具有大于5W/mm的功率密度和大于60%的功寧曾加效率的場效應(yīng)晶體
25. 如豐又利要求24的場交她晶體管，其中，少為28V的漏極電壓下^f共 大于5W/mm的功率密度。
26. 如權(quán)利要求24的場效應(yīng)晶體管，其中所述場效應(yīng)晶體管在至少為10GHz 頻率的隋況下當(dāng)在C級(jí)模式中操作時(shí)具有大于7W/mm的功率密度。
27. 如權(quán)利要求26的場效應(yīng)晶體管，其中在至少為38V的漏極電壓下提供 大于7W/mm的功率密度。
28. 如權(quán)利要求24的場效應(yīng)晶體管，其中所述場效應(yīng)晶體管在至少為10GHz 頻率盼瞎況下當(dāng)在C級(jí)模式中操作時(shí)具有大于10W/mm的功率密度。
29.如權(quán)利要求28的場 她晶體管，其中超少為48V的漏極電壓下撤共 大于10W/mm的功率密度。
全文摘要
提供一種至少在4GHz的頻率處操作時(shí)，具有功率密度大于40W/mm的場效應(yīng)晶體管?？梢栽?35V的漏極電壓的條件下具有至少40W/mm的功率密度。還提供在10GHz操作時(shí)，在漏極偏壓從28V到48V的情況下，具有大于60％的PAE且功率密度至少為5W/mm的晶體管。
文檔編號(hào)H01L29/778GK101410985SQ200780010923
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2007年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者M·穆爾, P·帕里克, U·米什拉, 吳毅鋒 申請(qǐng)人:克里公司