[发明专利]场效应晶体管

说明书

通过引用并入

本申请基于并且要求2009年5月21日提交的日本专利申请No.2009-123188的优先权，其内容在此通过引用整体并入。

技术领域

本发明涉及一种场效应晶体管，并且特别地，涉及用于在等于或者高于微波带的射频区域中使用的场效应晶体管。

背景技术

用于实现大容量和高速传输的下一代移动通信系统(即，LTE：长期演进)的主要器件之一是被用于移动通信基站的功率放大器的晶体管。要求此种晶体管拥有用于减少器件的功率消耗和尺寸的高效率特性。

此种晶体管的一种类型是其中使用诸如GaN的氮化物半导体的场效应晶体管(FET)。是宽带隙半导体的GaN展示出高饱和的电子速度和电介质击穿电压。此外，由于AlGaN/GaN异质结结构能够实现高的电子面密度，所以期待GaN用作用于实现高压和高输出操作的射频晶体管的材料。能够实现高压操作的采用GaN的场效应晶体管能够减少阻抗变换电路损失，并且高效率地进行操作。

最近，已经付诸于实践作为用于移动通信基站的场效应晶体管的是具有异质结结构的场效应晶体管，其中GaN基材料被布置在具有高热导率的SiC衬底上。半绝缘SiC衬底当前是极其的昂贵并且因此不能够满足减少成本的需要。因此，为了实现成本和性能之间的好的平衡，目前也在研究使用高电阻率硅衬底的GaN基场效应晶体管。

图8示出在美国专利申请公开No.2007/0272957中公布的场效应晶体管。图8中所示的场效应晶体管包括高电阻率硅衬底120，其电阻率等于大于100Ω·cm；AlGaN层122；GaN层112a；Al_0.26Ga_0.74N层112b；GaN层112c；源电极114；漏电极116；栅电极118，该栅电极118被提供在源电极114和漏电极116之间；SiN膜128；源极场板129，该源极场板129被形成在SiN膜128上；以及保护膜124。根据美国专利申请公开No.2007/0272957中公布的场效应晶体管能够通过使用高电阻率硅衬底减少与衬底有关的RF损失，并且还能够通过省掉昂贵的半绝缘SiC衬底减少制造成本。

发明内容

图5A示出场效应晶体管。图5A中所示的场效应晶体管包括硅衬底1、沟道层2、二维电子气(2DEG)层3、阻挡层4、源电极5、漏电极6、栅电极7、源极场板10、以及保护膜8。在图5A中所示的场效应晶体管中，由于在漏极和源极之间出现电阻Rdp和电容Cdp导致出现损失，如图5B中所示。图5C示出由于漏源极寄生电阻导致的损失与图5A中所示的场效应晶体管的衬底的电阻率之间的关系。如图5C中所示，Cdp的值越大，场效应晶体管的损失就越大。还能够看出当硅衬底的电阻率Rdp在0.1至100(Ω·cm)的范围内时损失较大。根据美国专利申请公开No.2007/0272957的场效应晶体管采用高电阻率硅衬底(即，具有大的Rdp值的衬底)并且，因此，场效应晶体管能够减少其损失。

图6示出硅衬底的温度和电阻率之间的关系。如图6中所示，对于高电阻率硅衬底(例如，其掺杂浓度是10¹⁴cm^-3的Si)，随着硅衬底的温度增加其电阻率(ρ)很大地变化。尤其地，当硅衬底的温度超过200℃时电阻率快速地减少。

因此，当使用高电阻率硅衬底构造场效应晶体管时，以在美国专利申请公开No.2007/0272957中公开的场效应晶体管中能够看到的方式，超过200℃的硅衬底的温度快速地减少硅衬底的电阻率。在这样的情况下，如图5C中所示，硅衬底的电阻率Rdp在0.1至100(Ω·cm)的范围内，导致由于漏源极寄生电阻引起的损失增加并且大大减少场效应晶体管的效率。因此，现在已经发现，以在根据美国专利申请公开No.2007/0272957的场效应晶体管中能够看到的方式采用高电阻率硅衬底，不能够获得能够在宽的温度范围内高效率地进行操作的场效应晶体管。

本发明的第一示例性方面是场效应晶体管，该场效应晶体管包括：硅衬底，该硅衬底具有不大于0.02Ω·cm的电阻率；沟道层，该沟道层被形成在硅衬底上并且具有至少5μm的厚度；阻挡层，该阻挡层被形成在沟道层上并且给沟道层提供电子；二维电子气层，由沟道层和阻挡层之间的异质结形成该二维电子气层；源电极和漏电极，该源电极和漏电极均与阻挡层形成欧姆接触；以及栅电极，该栅电极被形成在源电极和漏电极之间，并且与阻挡层形成肖特基势垒结。