[发明专利]高电子迁移率晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本公开涉及半导体器件及其制造方法，更具体地，涉及高电子迁移率晶体管（HEMT）及制造HEMT的方法。

背景技术

各种功率转换系统（power conversion system）需要用于通过开/关转换操作来控制电流的流动的器件，也就是功率器件。在功率转换系统中，整个系统的效率可以取决于功率器件的效率。

当前商业化的功率器件主要是基于硅（Si）的功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）或绝缘栅双极晶体管（IGBT）。然而，由于硅的物理性质以及制造工艺的限制，难以增大基于硅的功率器件的效率。为了克服以上限制，正在进行通过应用基于III-V族的化合物半导体到功率器件来增加转换效率的研究。关于这一点，使用化合物半导体的异质结构的高电子迁移率晶体管（HEMT）已经引起注意。

HEMT可以包括具有不同的电极化特性的半导体。在HEMT中，具有相对大的极化的半导体层可以在附着于该半导体层的另一半导体层中感生二维电子气（2DEG）。2DEG中的电子迁移率可以非常高。然而，为了在各种电子器件中有效地使用HEMT，需要改善或调整HEMT的特性。具体地，需要改善或调整HEMT的导通电流水平、阈值电压等。

发明内容

本发明提供具有优良的操作特性的高电子迁移率晶体管（HEMT）。

本发明提供具有常闭特性和低沟道电阻的HEMT。

本发明提供具有低导通电阻的HEMT。

本发明提供其阈值电压可易于调整的HEMT。

本发明提供制造HEMT的方法。

附加的方面将在随后的描述中部分地阐述，并将由该描述而部分地清楚，或者可以通过本实施例的实践而掌握。

根据本发明的一方面，一种高电子迁移率晶体管（HEMT）包括：第一半导体层；第二半导体层，在第一半导体层中感生二维电子气（2DEG）；绝缘掩模层，设置在第二半导体层上，绝缘掩模层限定暴露第一半导体层的一部分和第二半导体层的一部分中的一个的开口；耗尽形成层，设置在第一半导体层的该部分和第二半导体层的该部分中的被所述开口暴露的一个上，耗尽形成层配置为在二维电子气中形成耗尽区；栅极，设置在耗尽形成层上；以及源极和漏极，设置在第一半导体层和第二半导体层中的至少一个上，源极和漏极与所述栅极间隔开。

绝缘掩模层的一部分可以位于耗尽形成层的末端与第二半导体层之间，绝缘掩模层的另一部分可以位于耗尽形成层的另一末端与第二半导体层之间。

第二半导体层可以包括凹陷区。

绝缘掩模层中的开口可以暴露凹陷区的至少一部分。

耗尽形成层可以设置在凹陷区上。

绝缘掩模层可以设置在第二半导体层的除了凹陷区之外的上表面上，凹陷区的底表面和内侧表面可以被绝缘掩模层中的开口暴露。

绝缘掩模层可以设置在第二半导体层的上表面以及凹陷区的内侧表面上，凹陷区的底表面可以被开口暴露。

绝缘掩模层可以设置在第二半导体层的上表面、凹陷区的内侧表面和凹陷区的部分底表面上，底表面的其余区域可以被开口暴露。凹陷区的底表面的被暴露其余区域可以是底表面的中心部分或邻近于该中心部分的部分。

凹陷区可以形成至比第一半导体层与第二半导体层之间的界面浅的深度。凹陷区可以形成至一深度水平，在该深度水平处2DEG保持在第一与第二半导体层之间的界面上，2DEG的对应于凹陷区的部分可以由于耗尽形成层而耗尽。在凹陷区下方的第二半导体层的厚度可以大于或等于约5nm。

凹陷区可以形成至第一半导体层与第二半导体层之间的界面。凹陷区的底表面的宽度可以小于或等于约0.5μm。

第一半导体层可以包括基于GaN的材料。

第二半导体层可以具有单层结构和多层结构中的一种，第二半导体层可以包括从包含铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）和硼（B）中的至少一种的氮化物中选择的至少一种材料。

耗尽形成层可以包括p型半导体。

耗尽形成层可以包括用p型杂质掺杂的区域。

耗尽形成层可以包括基于III-V族的氮化物半导体。

HEMT还可以包括从栅极在绝缘掩模层上延伸的场板。

场板可以在栅极与漏极之间在绝缘掩模层上延伸。

HEMT可以是常闭器件。

HEMT可以用作功率器件。