[发明专利]一种可靠性增强的III族氮化物半导体高电子迁移率晶体管及其制造方法

说明书

半导体器件包括第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层、源极电极、漏极电极、p型掺杂氮化物半导体层、第一表面加固层及栅极电极。第二氮化物半导体层设置于第一氮化物半导体层上。源极电极及漏极电极设置于第二氮化物半导体层上。p型掺杂氮化物半导体层设置于第二氮化物半导体层上。第一表面加固层设置于p型掺杂氮化物半导体层上，p型掺杂氮化物半导体层与第一表面加固层具有相同的III族元素。第一表面加固层还具有氧元素，且其与III族元素于第一表面加固层中形成键结。栅极电极与第一表面加固层之间定义出栅极窗口，栅极窗口的宽度小于p型掺杂氮化物半导体层的宽度或是与p型掺杂氮化物半导体层的宽度一致。

技术领域

本发明总体来说为涉及一种半导体器件。更进一步来说，本发明涉及一种具有p型掺杂III-V族化合物层的高电子迁移率晶体管器件，且p型掺杂III-V族化合物层的表面(和/或势垒层表面)设置有加固层，以提高器件的可靠性。

背景技术

近年来，氮化镓基晶体管由于其高击穿电压、快速开关速度和低导通电阻已成为一种极具吸引力的高功率器件，其中高电子迁移率晶体管(HEMT)表现出尤为优越的特性。在氮化镓基HEMT中，通常具有由两种不同带隙的III-V族化合物构成的势垒层和沟道层，例如铝镓氮/氮化镓HEMT，属于一种异质结器件。在这种结构中，由于势垒层(如铝镓氮层)/沟道层(如氮化镓层)不连续的带隙结构，会在界面处形成能够容纳电子的量子阱结构。同时由于III-V族化合物的极化特性，在量子阱中会产生高浓度的二维电子气，这种二维电子气通常具有很高的迁移率，氮化镓HEMT可以利用二维电子气作为导电沟道。二维电子气的高导电特性结合氮化镓材料的高耐压能力，使得GaN基HEMT非常适合高功率/高频应用。

现今，氮化镓基高电子迁移率晶体管已成为大功率、高效率电源转换系统中的关键组件。随着氮化镓基高电子迁移率晶体管商业化进程的不断加快，器件的可靠性成为一个至关重要的问题。例如，在工作期间，器件中存在的高电场会严重威胁到器件长时间工作下的可靠性。载流子在高电场中运动逐渐获得动能而被加速成为高能载流子，当这些高能载流子到达器件的表面或界面处时，会发生轰击表面从而把能量释放给晶格，这种高能载流子的轰击会在器件里面产生缺陷，降低器件性能及缩短器件的可使用寿命。因此，在本领域中，需要一种新型的高电子迁移率晶体管结构或制备技术，以增强其对高能载流子轰击的耐受能力，从而提高器件性能和其可使用寿命。

发明内容

根据本发明的一个实施案例，提供了一种半导体器件，其特征在于，包括第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层、源极电极、漏极电极、p型掺杂氮化物半导体层、第一表面加固层以及栅极电极。第一氮化物半导体层具有第一带隙。第二氮化物半导体层设置于第一氮化物半导体层上，并具有第二带隙，且第二带隙大于第一带隙。源极电极设置于第二氮化物半导体层上或设置于第一氮化物半导体层。漏极电极设置于第二氮化物半导体层上或设置于第一氮化物半导体层。p型掺杂氮化物半导体层设置于第二氮化物半导体层上，且位于栅极电极和漏极电极之间。第一表面加固层设置于p型掺杂氮化物半导体层上，p型掺杂氮化物半导体层与第一表面加固层具有相同的III族元素，其中第一表面加固层还具有氧元素，且其与III族元素于第一表面加固层中形成键结。栅极电极设置于第一表面加固层上，且位于源极电极和漏极电极之间，栅极电极与第一表面加固层之间定义出栅极窗口，栅极窗口的宽度小于p型掺杂氮化物半导体层的宽度或是与p型掺杂氮化物半导体层的宽度一致。

在一些实施案例中，p型掺杂氮化物半导体层与第一表面加固层互相接触而形成界面，且p型掺杂氮化物半导体层与第一表面加固层是通过原子间键结互相连接。

在一些实施案例中，半导体器件还包括介电层。介电层设置于第二氮化物半导体层上，其中栅极电极穿过介电层，以于介电层内定义出栅极窗口。

在一些实施案例中，栅极窗口与栅极电极的宽度一致。

在一些实施案例中，第一表面加固层完全地直接覆盖p型掺杂氮化物半导体层的上表面，且沿着p型掺杂氮化物半导体层的侧壁向下延伸。