[发明专利]使用Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体及高介电常数栅极电介质的掩埋沟道金属氧化物半导体场效应晶体管

权利要求书

1、一种半导体异质结构，包括：

具有第一带隙的III-V族化合物半导体缓冲层；

位于所述缓冲层的上表面上的具有第二带隙的III-V族化合物半导体沟道层；以及

位于所述III-V族化合物半导体沟道层的上表面上的具有第三带隙的III-V族化合物半导体阻挡层，其中，所述第一和第三带隙大于第二带隙。

2、如权利要求1所述的半导体异质结构，其中，所述阻挡层包括位于和与III-V族化合物半导体沟道层的界面相邻的所述阻挡层的下面区域中的掺杂区。

3、如权利要求2所述的半导体异质结构，其中，所述掺杂区具有从大约10¹¹到大约10¹⁵原子/cm²的掺杂浓度。

4、如权利要求2所述的半导体异质结构，其中，所述掺杂区包括元素周期表的第IV、II或者VI族中的元素作为掺杂剂。

5、如权利要求1所述的半导体异质结构，还包括位于所述III-V族化合物半导体阻挡层顶上的III-V族化合物帽层。

6、如权利要求5所述的半导体异质结构，其中，所述帽层包括n型掺杂剂。

7、如权利要求5所述的半导体异质结构，其中，所述帽层包括与所述沟道层相同或不同的III-V族化合物半导体。

8、如权利要求1所述的半导体异质结构，其中，所述阻挡层与所述缓冲层包括InAlAs合金，所述沟道层包括InGaAs合金。

9、如权利要求8所述的半导体异质结构，其中，所述InAlAs合金具有分子式In_xAl_1-xAs，其中x从大约0.4到大约0.6，以及所述InGaAs合金具有分子式In_yGa_1-yAs，其中y从大约0.3到大约0.8。

10、如权利要求8所述的半导体异质结构，其中，所述InAlAs合金为In_0.52Al_0.48As，以及所述InGaAs合金为In_0.7Ga_0.3As。

11、如权利要求1所述的半导体异质结构，其中，每一所述III-V族化合物半导体层为具有大约10⁵原子/cm²或更少的量级的缺陷密度的单晶材料。

12、如权利要求1所述的半导体异质结构，其中，所述缓冲层具有从大约25到大约500nm的厚度，所述沟道层具有从大约1到大约15nm的厚度，以及所述阻挡层具有从大约0.1到大约10nm的厚度。

13、一种半导体结构，包括：

具有上表面的半导体衬底；

位于所述半导体衬底的所述上表面上的掩埋沟道结构，其中所述掩埋沟道结构包括位于所述半导体衬底的所述上表面顶上的具有第一带隙的III-V族化合物半导体缓冲层，位于所述缓冲层上的具有第二带隙的III-V族化合物半导体沟道层，以及位于III-V族化合物半导体沟道层的上表面上的具有第三带隙的III-V族化合物半导体阻挡层，其中所述第一和第三带隙大于第二带隙；

具有大于4.0的介电常数的电介质材料，位于所述掩埋沟道结构上且与所述阻挡层的至少一部分相接触；

位于所述电介质材料的一部分上的栅导体；以及

与至少所述沟道层相接触的源极接触和漏极接触。

14、如权利要求13所述的半导体结构，其中，所述阻挡层包括位于和与III-V族化合物半导体沟道层的界面相邻的所述阻挡层的下面区域中的掺杂区。

15、如权利要求14所述的半导体结构，其中，所述掺杂区具有从大约10¹¹到大约10¹⁵原子/cm²的掺杂浓度。

16、如权利要求14所述的半导体结构，其中，所述掺杂区包括元素周期表的第IV、II或者VI族中的元素作为掺杂剂。