[发明专利]HEMT装置和制造HEMT装置的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请相关于提交于2012年5月23日的名称为“Controlling Lateral Two-Dimensional Electron Gas HEMTin III-Nitride Devices Using Ion Implantation Through Gray Scale Mask”的美国专利申请第13/478，402号、以及提交于2013年5月23日的名称为“HEMTGaN Device with a Non-Uniform Lateral Two-Dimensional Electron Gas Profile and Process for Manufacturing the Same”的美国专利申请第13/478，609号，所述申请在此并入本文作为参考。此外，本申请相关于并要求于2012年5月23日提出申请的名称为“Non-Uniform Two Dimensional Electron Gas Profile in III-Nitride HEMT Devices”的美国专利申请第13/479，018号的优先权，该申请在此整体并入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及一种在载流子供应层中具有非均匀的二维电子气(2DEG)分布的III-氮HEMT装置。

背景技术

III-氮高电子迁移率晶体管(HEMT)装置常在电力应用和/或高温应用中用于RF电路和其他应用中，包括用于电动力电动机车辆的电力供应。

HEMT的通态电阻(R_on)和击穿电压(BV)之间的设计权衡通过在此包含的以下教示可以显著地完善。因为BV和R_on之间的关系至少为二次方，提高BV对于一个给定的漂移区长度可极大地提高所述装置的品质因数(FOM)，该品质因数被定义为BV²/R_on。

HEMT使用具有不同带隙的两种半导体材料，从而在两种半导体材料(例如，A1GaN和GaN)之间的异质结面处形成电子势阱。势阱限制电子并限定二维电子气(2DEG)导电沟道。由于在导电沟道中的电子的二维特性，载流子迁移性提高。

现有技术的III-氮HEMT利用均匀的2DEG密度，该密度在栅极区域下方或附近导致峰值电场。电场分布趋向于接近三角形形状，而不是更理想的梯形形状，从而降低了装置的每单位漂移区长度的BV。场板和/或多级场板(multistep field plate)的使用是现有技术中使用的技术，用以改进电场分布，但这些技术通常导致多峰值和达不到理想平场分布(它们会表现出锯齿型轮廓)，这也会增加到栅极而使电容泄漏。此外，工艺的复杂性和成本通常会增加使用的场板级(电平)的数量增加。

现有技术包括：

Furukawa的发布于2006年5月2日的美国专利第US 7,038,253号公开了一种基于GaN的装置，该装置呈现出本领域的在漂移区使用均匀2DEG轮廓的硅基氮化镓(GaN on Si)技术的状态。在缺乏任何场成形技术的情况下，期望的是本专利装置的击穿和动态导通阻抗(Rdson)性能将通过在电场中在栅极区域下方的局部增加而受到限制，因此需要超过降低品质因数(FOM)的装置的设计，这可以通过这样的结构来实现。

H.Xing等人已经提出了一种装置结构，其发表在名为“High Breakdown Voltage AlGaN/GaN HEMTs achieved by Multiple Field Plates”的文章中(参见H.Xing、Y.Dora、A.Chini、S.Hikman、S.Keller和U.K.Mishra”的“High Breakdown Voltage AlGaN-GaN HEMTs Achieved by Multiple Field Plates”，IEEE电子器件报告(IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS)，第25卷，编号4，第161-163页，2004年4月)，该装置结构利用使用多个场板来改进电场分布的场成形技术，但是这种技术对比本文所公开的技术并不有利，因为多个场板将无法实现均匀的电场(将具有锯齿型分布)，并将使栅极增加漏电容。在实施这种结构中增加了装置的复杂性和成本。

美国马里兰州学院公园，高级计算机研究协会的马里兰大学电气与计算机工程系的C.M.Waits、R.Ghodssi和M.Dubey在2006年的“Gray-Scale Lithography for MEMS Applications”。