[发明专利]横向沟槽MESFET

说明书

优先权要求

本申请是于2011年6月3日提交的共同未决的美国专利申请No.13/152477的部分继续申请，所述申请的内容以其全文通过引用结合于此。

技术领域

本申请涉及半导体器件，特别涉及横向沟槽MESFET。

背景技术

MESFET（金属半导体场效应晶体管）包括位于源极和漏极接触区域之间的导电沟道。从源极到漏极的载流子流由肖特基金属栅极所控制。通过改变对所述导电沟道的厚度进行调制并由此对电流进行调制的金属触点以下的耗尽层宽度来控制所述沟道。MESFET需要相对低的导通电阻（Ron）来实现良好的性能。此外，Si衬底上的GaN MESFET的阻挡能力受GaN层的厚度所限制，这是因为电荷载流子的积聚出现在GaN和衬底之间的边界表面上的Si中并且因此无法耗散任何电压。然而，因为从GaN到Si的应力变化，GaN层的厚度受限制。

基于GaN的当前功率晶体管主要被构造为HEMT（高电子迁移率晶体管），其也被称作异质结构FET（HFET）或调制掺杂FET（MODFET）。HEMT是具有在诸如GaN和AlGaN的具有不同带隙的两种材料之间的结的场效应晶体管，所述结形成沟道而不是诸如在MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）中的掺杂区域。HEMT提供了形成于例如AlGaN阻挡层和GaN缓冲层之间的边界上的2维电子气（2DEG）。不用进一步的措施，这样的构造导致了自传导即正常导通晶体管。也就是说，HEMT在不存在正栅极电压的情况下导电。

可以以这样的方式提升导带，例如利用栅极电极下的p型AlGaN或p型GaN层，这与没有这样的p型层的器件相比将所得到的施加电压在正方向上移位了大约3V（等同于带距离）。具有这样的构造的HEMT是正常截止晶体管，因为需要正栅极电压来导通所述晶体管。可替换地，可以使用凹陷栅极结构来确保HEMT用作正常截止晶体管。

在每种情况下，通常使用廉价的硅衬底来制造HEMT。然而，对于大于100V的高电压而言，整个电压必须在GaN层的厚度中被吸收，这是因为如以上所描述的，衬底无法耗散任何电压。HEMT通常还具有平面栅极结构，这限制了沟道宽度。

发明内容

根据晶体管的实施例，所述晶体管包括在半导体主体中形成的沟槽，所述沟槽具有侧壁和底部。所述晶体管进一步包括设置在所述沟槽中与所述侧壁相邻的第一半导体材料以及设置在所述沟槽中并且通过所述第一半导体材料与所述侧壁隔开的第二半导体材料。所述第二半导体材料具有不同于所述第一半导体材料的带隙。所述晶体管还包括设置在所述沟槽中并且通过所述第二半导体材料与所述第一半导体材料隔开的栅极材料。所述栅极材料提供所述晶体管的栅极。源极和漏极区域布置在所述沟槽中，其中插入在所述源极和漏极区域之间的沟道在第一或第二半导体材料中，以使得所述沟道具有沿所述沟槽的侧壁的横向电流流动方向。

根据一种制造晶体管的方法的实施例，所述方法包括：在半导体主体中形成沟槽，所述沟槽具有侧壁和底部；形成与所述沟槽侧壁相邻的第一半导体材料；在所述沟槽中形成通过所述第一半导体材料与所述侧壁隔开的第二半导体材料，所述第二半导体材料具有不同于所述第一半导体材料的带隙；在所述沟槽中形成通过所述第二半导体材料与所述第一半导体材料隔开的栅极材料，所述栅极材料提供所述晶体管的栅极；并且在所述沟槽中形成源极和漏极区域，其中插入在源极和漏极区域之间的沟道在第一或第二半导体材料中，以使得所述沟道具有沿所述沟槽的侧壁的横向电流流动方向。

根据一种半导体器件的实施例，所述器件包括在半导体主体中形成的多个沟槽，每个沟槽具有侧壁和底部。所述器件进一步包括与每个沟槽的侧壁相邻设置的第一半导体材料以及在每个沟槽中设置在所述第一半导体材料上的第二半导体材料。所述第二半导体材料具有不同于所述第一半导体材料的带隙。所述器件还包括在每个沟槽中设置在所述第二半导体材料上的栅极材料。第一或第二半导体材料中的沟道具有沿每个沟槽的侧壁的横向电流流动方向。

根据一种制造半导体器件的方法的实施例，所述方法包括：在半导体主体中形成多个沟槽，每个沟槽具有侧壁和底部；形成与每个沟槽的侧壁相邻的第一半导体材料；在每个沟槽中在所述第一半导体材料上形成第二半导体材料，所述第二半导体材料具有不同于所述第一半导体材料的带隙；并且形成在每个沟槽中设置在所述第二半导体材料上的栅极材料，以使得第一或第二半导体材料中的沟道具有沿每个沟槽的侧壁的横向电流流动方向。

通过阅读以下的详细描述以及通过观看附图，本领域技术人员将会认识到附加特征和优势。