[发明专利]RESURF III-N高电子迁移率晶体管

说明书

本发明涉及一种包括GaN FET(124)的半导体装置(100)，在阻挡层(112)下面的低缺陷层(110)以及电隔离层(108)中的至少一个III‑N半导体层中，所述半导体装置(100)具有n型掺杂质。所述n型掺杂的载流子面密度是二维电子气的载流子面密度的1％到200％。

技术领域

本发明总体涉及半导体装置，且更具体地，涉及RESURF III-N高电子迁移率晶体管(HEMT)。

背景技术

氮化镓场效应晶体管(GaN FET)在二维电子气下面的半导体层中可具有陷阱，其在操作过程中引起不期望的不稳定性。

发明内容

在形成GaN FET通道的二维电子气下面的至少一个III-N半导体层中，包括GaNFET的半导体装置具有n型掺杂质。N型掺杂的载流子面密度遮蔽二维电子气免受其下面的陷阱电荷和图像电荷。

附图说明

图1至图4为包括GaN FET的示例性半导体装置的横截面图。

具体实施方式

下列描述相关主题且在此以引用的方式并入：申请号US 13/886,378；US 2014/0042452Al；申请号US 13/886,429(与此同时提交对应的PCT申请TI-71209WO)；申请号US13/886,652(与此同时提交对应的PCT申请TI-71492WO)；申请号US13/886,709；以及申请号US 13/886,744(与此同时提交对应的PCT申请TI-72605WO)。

包括GaN FET的半导体装置在形成GaN FET通道的二维电子气下面的至少一个III-N半导体层中具有n型掺杂。n型掺杂的载流子面密度遮蔽二维电子气免受其下面的陷阱电荷和图像电荷。

III-氮化物(III-N)半导体材料为这样的材料，其中族III(硼族)元素(硼、铝、镓，铟)在半导体材料中提供一部分原子且氮原子提供剩余物。III-N半导体材料的实例为氮化镓、硼氮化镓、铝氮化镓、氮化铟和铟铝氮化镓。III-N材料可用可变下标书写以表示可能的化学计量学的范围。例如，铝氮化镓可写为Al_xGa_1-xN，且铟铝氮化镓可写为In_xAl_yGa_1-x-yN。GaN FET为包括III-N半导体材料的场效应晶体管的实例。

在一个实施例中，“载流子面密度”为用于感兴趣结构的每单位顶部表面积的自由载流子的净面密度(例如，每平方厘米的载流子)。在第一实例中，二维电子气的载流子面密度是生成二维电子气的阻挡层的顶部表面处一平方厘米下的二维电子气中的电子数量。在第二实例中，n型掺杂层的载流子面密度为n型掺杂层的顶部表面处一平方厘米下的n型掺杂层的传导带中的电子数量。掺杂层的载流子面密度可通过沿垂直轴，垂直于掺杂层的顶部表面，从掺杂层的底部表面到顶部表面对掺杂密度积分(例如，每立方厘米的载流子)进行估计。

降低的表面场(RESURF)区域对降低邻近半导体区域中的电场是有用的。在一个实例中，RESURF区域为具有与邻接半导体区域的导电类型相反的导电类型的半导体区域。在Philips J，Res.35 1-13,1980(飞利浦杂志，1980年35期1-13)中Appels等人在“ThinLayer High Voltage Devices(薄层高电压装置)”中描述了RESURF结构。