半导体器件的制作方法

迄今为止，在电力电子应用中使用的晶体管通常使用硅(Si)半导体材料制造。用于电力应用的常见的晶体管器件包括SiSi功率MOSFET和硅绝缘栅双极晶体管(IGBT)。最近，已经考虑碳化硅(SiC)功率器件。现在，诸如氮化镓(GaN)器件之类的III族氮化物半导体器件作为具有吸引力的候选者应运而生，其承载大电流、支持高电压并且提供非常低的导通电阻和快速的开关时间。

技术实现要素：

在一个实施例中，一种半导体器件包括基于III族氮化物的增强型高电子迁移率晶体管，其包括漏极、栅极、阻挡层、沟道层和布置在沟道层上与沟道层之间形成异质结的阻挡层。阻挡层的厚度和组成中的至少一项被配置为与沟道区域外部的2DEG密度相比减小在沟道区域中的2DEG密度，其中沟道区域被布置在栅极下方并且延伸超过漏极侧栅极边缘达距离d。

在一个实施例中，一种半导体器件包括基于III族氮化物的耗尽型高电子迁移率晶体管，其包括栅极区域和从栅极区域延伸到源极和漏极的进入区域、沟道层和布置在沟道层上的阻挡层。阻挡层的厚度和组成中的至少一项被配置为在沟道区域中减小沟道层和阻挡层之间的界面处形成的二维电子气(2DEG)的密度以及在栅极下方的沟道表面区域外部的进入区域中增加二维电子气(2DEG)的密度。沟道区域被布置在栅极下方并且延伸超过漏极侧栅极边缘达距离d。

在一个实施例中，一种基于III族氮化物的增强型高电子迁移率晶体管包括栅极、包含GaN的沟道层和布置在沟道层上的阻挡层。阻挡层包括第一子层和第二子层，第一子层包括在栅极下方沟道区域中不连续的Al_xGa_(1-x)N，第二子层包括从源极到漏极连续的Al_xGa_(1-x)N，其中y>z，栅极被布置在源极和漏极之间。包括AlN的夹层在除栅极下方的沟道表面区域以外的区域中被布置在沟道层和阻挡层之间。夹层在栅极下方的沟道表面区域中是不连续的。

附图说明

附图的元件不一定相对于彼此成比例。同样的附图标记指示对应的相似部分。各个图示的实施例的特征可以组合除非它们互相排斥。在附图中描绘并且在之后的说明书中详细说明实施例。

图1图示了半导体器件。

图2图示了基于III族氮化物的增强型高电子迁移率晶体管。

图3图示了基于III族氮化物的增强型高电子迁移率晶体管。

图4图示了基于III族氮化物的增强型高电子迁移率晶体管。

图5图示了基于III族氮化物的增强型高电子迁移率晶体管。

图6图示了基于III族氮化物的耗尽型高电子迁移率晶体管。

图7图示了基于III族氮化物的耗尽型高电子迁移率晶体管。

图8图示了基于III族氮化物的耗尽型高电子迁移率晶体管。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考附图，附图形成本文的一部分并且在附图中通过图示的方式示出了可以实践本发明的特定实施例。就这一点而言，诸如“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“头”、“尾”等方向术语参考所描述的附图的方位而使用。因为实施例的部件可以以多种不同方位来定位，所以方向术语用于图示目的而绝非限制。应当理解，可以采用其他实施例，并且在不脱离本发明的范围的情况下作出逻辑或结构变化。以下详细描述不应当以限制的意义理解，并且本发明的范围由随附权利要求书限定。

下面将解释多个实施例。在这种情况下，相同的结构特征由图中相同或相似的附图标记来标识。在本说明书的上下文中，“横向”或“横向方向”应当被理解为与半导体材料或半导体载体的横向延伸大致平行的方向或范围。横向方向因此大致平行于这些表面或侧面延伸。相比之下，术语“垂直”或“垂直方向”被理解为与这些表面或侧面大致垂直的的方向并且因此大致垂直于横向方向。垂直方向因此在半导体材料或半导体载体的厚度方向上延伸。

如在本说明书中使用的，术语“耦合”或“电耦合”不意味着元件必须直接接触，可以在“耦合”或“电耦合”元件之间提供中介元件。

如在本说明书中使用的，当一个元件(诸如层、区域或衬底)被称为在另一元件“上”或延伸到另一元件“上”，它可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件或者也可以存在中介元件。相比之下，当一个元件被称为直接在另一元件“上”或直接延伸到另一元件“上”时，不存在中介元件。如在本说明书中使用的，当一个元件被称为被“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以被直接连接或耦合到另一元件或者可以存在中介元件。相比之下，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中介元件。

诸如高电压耗尽型晶体管的耗尽型器件具有负的阈值电压，这意味着它可以在零栅压传导电流。这些器件是常开的。诸如低电压增强型晶体管的增强型器件具有正的阈值电压，这意味着它在零栅压不能传导电流并且是常关的。

如在这里使用的，诸如高电压耗尽型晶体管的“高电压器件”是针对高电压开关应用优化的电子器件。也就是说，当晶体管在关断状态时，它能够阻挡高电压，诸如300V或更高，或者大约600V或更高，或者大约1200V或更高，并且当晶体管在开启状态时，它在它被使用的应用中具有足够低的导通电阻(RON)，即，当大量电流流过器件时，它具有足够低的传导损耗。高电压器件至少能够阻挡等于高电压电源的电压或它被使用的电路中的最高电压。高电压器件可能能够阻挡300V、600V、1200V或应用要求的其他合适的阻挡电压。

如在这里使用的，诸如低电压增强型晶体管的“低电压器件”是能够阻挡诸如0V到V_low之间的低电压但是不能阻挡高于V_low的电压的电子器件。V_low可能是大约10V、大约20V、大约30V、大约40V、80V、100V、200V以及高达但不包括300V或在大约5V和50V之间，诸如在大约10V和30V之间。

如在这里使用的，“III族氮化物”指代包括氮元素(N)或至少一种III族元素的化合物半导体，III族元素包括：铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)和硼(B)并且包括但不限于其任意合金，例如诸如氮化铝镓Al_xGa_(1-x)N、氮化铟镓In_yGa_(1-y)N、氮化铝铟镓Al_xIn_yGa_(1-x-y)N、氮化磷化镓砷GaAs_aP_bN_(1-a-b)和氮化磷化铝铟镓砷Al_xIn_yGa_(1-x-y)As_aP_bN_(1-a-b)。氮化铝镓和AlGaN指代由化学式Al_xGa_(1-x)N描述的合金，其中0<x<1。

图1图示了包括基于III族氮化物高电子迁移率晶体管(HEMT)11的半导体器件10，该HEMT 11具体为常关型的基于III族氮化物的增强型高电子迁移率晶体管11。基于III族氮化物的高电子迁移率晶体管可以是高电压器件。

基于III族氮化物的高电子迁移率晶体管包括栅极12、沟道层13、布置在沟道层13上的阻挡层14和布置在沟道层13和阻挡层14之间的在除栅极12下方以外的区域中的夹层15。

在栅极是肖特基栅极的实施例中，栅极12布置在阻挡层14上。在一些实施例中，栅极是隔离栅极，其中电介质被插入在栅极电极和阻挡层之间。在一些实施例中，诸如p型掺杂GaN层之类的p型掺杂III族氮化物层被设置在阻挡层和栅极电极之间。在栅极和阻挡层之间包括p型掺杂III族氮化物材料层的器件可以是增强型晶体管或常开型晶体管，即，具有正的阈值电压的晶体管。

在栅极12下方，阻挡层14与沟道层13直接接触。在除栅极12下方以外的区域中，诸如与栅极12横向相邻的区域16，夹层15布置在沟道层13和阻挡层14之间的界面17处。

夹层15在沟道层13的表面之上是不连续的并且可以包括被阻挡层14的一部分隔开一段距离的两个延长的条状部分。栅极12被直接布置在夹层15的不连续区域上方。

选择从栅极边缘到夹层15的起点之间的距离d，同时考虑在晶体管中使用的任何场板，使得在栅极边缘处的AlGaN阻挡层中的电场低于预定值，例如2.1MV/cm。如果未满足该条件，则距离d被改变(例如被增大)直到该条件被满足并且在栅极边缘处的阻挡层中的电场被减小到小于预定最大允许值。在一些实施例中，距离d被选择在0.1μm到1μm之间。

沟道层13可以包括GaN并且阻挡层14可以包括Al_xGa_(1-x)N，其中0<x<1，从而双电子二维电子气(2DEG)由在沟道层13和阻挡层14之间的界面处的感应和自发极化形成。夹层15可以包括AlN。

不连续夹层15的布置可以被用来影响二维电子气(2DEG)的密度。特别地，二维电子气(2DEG)的密度在横向上变化，使得密度在栅极12下方的沟道层18中较低并且在夹层1515下方与栅极12相邻的区域中较高。因此，在栅极电极下方的低密度的2DEG区域向漏极侧延伸超过栅极边缘另外的距离d。

在一个实施例中，二维电子气密度较低的沟道区域18从栅极12的源极侧边缘、到栅极12下方以及超过栅极12的漏极侧边缘延伸另外的距离d。

从栅极边缘到具有较高2DEG密度的进入区域(access region)的起点的距离d可以被选择使得在栅极边缘处的AlGaN阻挡层中的电场低于预定值。

阻挡层14可以包括具有不同组成的两个子层。在一个实施例中，阻挡层14包括第一子层和第二子层，第一子层包括Al_yGa_(1-y)N并且在栅极下方不连续，第二子层包括从源极到漏极连续的Al_zGa_(1-z)N，栅极被布置在源极和漏极之间。第二子层在除栅极下方以外的区域中被布置第一子层上，并且在栅极下方的区域中直接布置在沟道层上。子层的组成可以被选择使得y>z。因此，阻挡层的铝含量在栅极下方的区域中较低并且在栅极外部并且与栅极相邻的区域中较高。可以选择不同铝含量的氮化铝镓层，使得在栅极下方的二维电子气的密度低于与栅极相邻的区域中的密度。在一个实施例中，第一子层包括0.19≤y≤0.26并且第二子层包括0.10≤z≤0.18。

可以选择从栅极边缘到具有较高2DEG密度的进入区域的起点的距离d，使得在栅极边缘处的AlGaN阻挡层中的电场低于预定值。

在一个实施例中，半导体器件10还包括栅极下方的栅极区域，从栅极区域延伸到源极的第一进入区域和从栅极区域延伸到漏极的第二进入区域。第一进入区域和第二进入区域被布置在栅极区域的两侧。第二子层被布置在进入区域中的第一子层上并且与在栅极区域中的沟道层直接接触。

栅极可以包括直接布置在第二子层上的p型掺杂III族氮化物层，诸如p型掺杂GaN层，并且还可以包括布置在p型掺杂III族氮化物层上的栅极金属层。p型掺杂III族氮化物层可以用来提供增强型器件。

可以提供场板，场板部分布置在栅极金属层上和p型掺杂III族氮化物层上并且在朝向漏极的方向上延伸。

高电子迁移率晶体管11还可以包括栅极凹陷，在一些实施例中，栅极凹陷具有不完全垂直于沟道层的上表面但是以小于90°的角度(例如10°和45°之间的角度)倾斜的漏极侧倾斜侧面。可以提供场板。场板可以被布置在栅极凹陷的漏极侧倾斜侧面上使得场板被部分布置在栅极金属层上和p型掺杂III族氮化物层上并且在朝向漏极的方向上以倾斜角度延伸。

高电子迁移率晶体管11还可以包括在源极和栅极区域之间延伸的第一进入区域和在栅极区域和漏极之间延伸的第二进入区域。第一延长夹层可以被布置在第一进入区域中并且第二延长夹层布置在第二进入区域中。

在一些实施例中，第一延长夹层可以在第一进入区域中被布置在沟道层和阻挡层之间，第二延长夹层可以在第二进入区域中被布置在沟道层和阻挡层之间。在一些实施例中，第一延长夹层可以在第一进入区域中被布置在阻挡层的第一子层和第二子层之间，第二延长夹层可以在第二进入区域中被布置在阻挡层的第一子层和第二子层之间。

用作钝化层的电介质层可以被布置在栅极金属层的部分、p型掺杂III族氮化物层和阻挡层的第二子层上。电介质层可以包括SiN。

在一些实施例中，半导体器件可以包括耗尽型高电子迁移率晶体管。

基于III族氮化物的耗尽型高电子迁移率晶体管可以包括栅极区域和从栅极区域延伸到源极和漏极的进入区域、沟道层和布置在沟道层上的阻挡层。阻挡层的厚度和组成中的至少一项被配置为减小在栅极区域中沟道层与阻挡层之间的界面处形成的二维电子气(2DEG)的密度并且增大进入区域中的二维电子气(2DEG)的密度。

第一进入区域可以从源极延伸到栅极区域并且第二进入区域可以从漏极延伸到在栅极区域的与第一进入区域相对的侧的栅极区域。沟道层可以包括GaN并且阻挡层可以包括Al_xGa_(1-x)N，其中0<x<1。

在一些实施例中，阻挡层的组成在横向上变化，使得在沟道层和阻挡层之间的界面处形成的2DEG的密度在横向上变化，例如该密度在栅极区域中较低而在进入区域中较高。

从栅极边缘到具有较高2DEG密度的进入区域的起点的距离d可以被选择使得在栅极边缘处的AlGaN阻挡层中的最大电场低于预定值。在一些实施例中，距离d在从0.1μm到1μm的范围内选择。

阻挡层可以包括在栅极区域中比在进入区域中低的铝含量。阻挡层可以包括第一子层和第二子层，第一子层包括Al_xGa_(1-x)N并且布置在栅极区域中，第二子层包括布置在进入区域中的Al_yGa_(1-y)N，其中x<y。例如，0.1≤x≤0.18并且0.19≤y≤0.26。第一子层和第二子层可以基本上共面。

在一些实施例中，阻挡层的厚度在横向上变化，使得在沟道层和阻挡层之间的界面处形成的2DEG的密度在横向上变化，例如使得该密度在栅极下方的区域中较低而在横向上与栅极相邻的区域中(诸如在进入区域中)较高。在这些实施例中，阻挡层的组成在栅极区域中和在进入区域中可以相同。

在一些实施例中，阻挡层的结构和/或组成可以在横向上变化。例如，在进入区域中阻挡层的子层的数目可以与栅极区域中的子层的数目不同。

在阻挡层的厚度在横向上变化的实施例中，阻挡层可以包括第一子层和第二子层，第一子层包括Al_xGa_(1-x)N并且在形成栅极凹陷的栅极下方不连续，第二子层包括从源极到漏极连续的Al_yGa_(1-y)N，其中x>y。例如，0.19≤x≤0.26并且0.10≤y≤0.18。第二子层在进入区域中被布置在第一子层上和在栅极区域中被布置在沟道层上。夹层可以被布置在栅极凹陷外(例如，在进入区域中)在第一子层和第二子层之间。栅极凹陷和栅极区域没有夹层。夹层可以包括AlN。

从栅极边缘到夹层的起点的距离d可以被选择使得在栅极边缘处的AlGaN阻挡层中的电场低于预定值。在一些实施例中，距离d在从0.1μm到1μm的范围内选择。

在一些实施例中，基于III族氮化物的耗尽型高电子迁移率晶体管可以包括阻挡层，阻挡层包括第一子层和第二子层，第一子层包括Al_xGa_(1-x)N并且从源极到漏极连续，第二子层包括在栅极下方不连续的Al_yGa_(1-y)N，其中x<y。例如，0.1≤x≤0.18并且0.19≤y≤0.26。第二子层被布置在进入区域中的第一子层上。第二子层限定栅极区域中的栅极凹陷，因为第二子层在栅极区域中是不连续的。布置在第一子层和第二子层之间的夹层可以被提供在栅极凹陷外部的进入区域中。该夹层可以包括AlN并且沟道层可以包括GaN。

也可以提供基于III族氮化物的增强型高电子迁移率晶体管，其包括：栅极；含有GaN的沟道层；布置在沟道层上的阻挡层；阻挡层，包括第一子层和第二子层，第一子层包括Al_yGa_(1-y)N并且在栅极下方不连续，第二子层包括从源极到漏极连续的Al_zGa_(1-z)N，栅极被布置在源极和漏极之间，其中y>z；以及夹层，包括AlN，其在栅极下方的区域中不连续的并且在除栅极下方的区域以外的区域中被布置在沟道层和阻挡层之间。夹层被布置在第一子层和沟道层之间。

阻挡层的第一子层可以包括0.19≤y≤0.26的铝含量并且阻挡层的第二子层可以包括0.10≤z≤0.18的较低的铝含量。

基于III族氮化物的增强型高电子迁移率晶体管还可以包括栅极凹陷。栅极凹陷可以形成于阻挡层中或进一步形成于沟道层中。栅极凹陷可以具有漏极侧倾斜侧面。栅极被定位在栅极凹陷中。栅极可以包括布置在p型掺杂III族氮化物层上的栅极金属层和部分布置在栅极金属层和p型掺杂III族氮化物层上并且在朝向漏极的方向上延伸的场板。在栅极凹陷具有漏极侧倾斜侧面的实施例中，场板可以被部分布置在栅极金属层和p型掺杂III族氮化物层以及栅极凹陷的倾斜侧面上，使得它在朝向漏极的方向上以一个倾斜角度延伸。倾斜角度可以是相对于沟道层表面小于90°的角度，例如在10°和30°之间。

图2图示了基于III族氮化物的高电子迁移率晶体管(HEMT)20，在所图示的实施例中，其包括基于III族氮化物的增强型高电子迁移率晶体管20。HEMT 20包括衬底21、含有布置在衬底21上的氮化镓的沟道层22和含有布置在沟道层22上的氮化铝镓的阻挡层23。

HEMT 20还包括源极24、漏极25和栅极26，其横向间隔开使得栅极26布置在源极24和漏极25之间。栅极26被布置在阻挡层23上。源极24和漏极25可以通过阻挡层23延伸到沟道层22并且与沟道层直接接触。

在一些实施例中，HEMT 20进一步包括在源极24和栅极26之间的区域中以及在栅极26和漏极25之间的区域中被布置在沟道层22和阻挡层23之间的夹层27。夹层27包括氮化铝。夹层27是不连续的，并且在栅极26下方的区域30中间断使得沟道层22在栅极26下方的区域30中与阻挡层直接接触。

在一些实施例中，AlN的夹层可以被省略，并且栅极区域和进入区域中的不同的2DEG浓度能够单独通过两个不同的阻挡厚度和/或Al浓度的方式被控制。

阻挡层23包括两个子层28、29。每个子层28、29包括氮化铝镓Al_xGa_(1-x)N但是具有不同的铝含量。第一子层28在源极24和栅极26之间延伸的区域31中以及在栅极26和漏极25之间延伸的区域32中被布置在夹层27上。第一子层28具有与夹层27的横向延伸基本上对应的横向延伸并且在栅极26下方的HEMT 20的区域30中是不连续的。第二子层29在第一区域31、栅极区域30和第二区域32中从源极24到漏极25连续延伸而没有间断。第二子层29被布置在第一子层28上并且在栅极26下方的区域30中在夹层27的分离部分和第一子层28的分离部分之间延伸。第二子层29在栅极26下方的HEMT20的区域30中与氮化镓沟道层22直接接触。从栅极26的边缘到夹层27的起点的距离d可以被选择使得在栅极边缘处的阻挡层26中的电场低于预定值。在一些实施例中，距离d从0.1μm到1μm的范围内选择。

第二子层29的铝含量小于阻挡层23的第一子层28的铝含量。例如，第二子层29的Al_xGa_(1-x)N的铝含量可以是0.10≤x≤0.18，第一子层28的铝含量可以是0.19≤x≤0.26。

阻挡层23的组成在横向上变化。这种布置可以用来影响在阻挡层23和沟道层22之间的界面处由感应和自发极化形成的二维电子气的密度，如在图2中由虚线33示意性地指示。二维电子气的密度可以在栅极26下方的区域中较低，而在与栅极26相邻的区域中较高。

HEMT 20包括位于栅极26和阻挡层23的第二子层27之间的p型掺杂GaN层34。p型掺杂GaN层34可以被用来提供常关的增强型器件。

阻挡层23包括内部布置有栅极26和p型掺杂GaN层34的栅极凹陷35。栅极凹陷35通过省去栅极26下方的区域30中的第一子层28和夹层27形成。栅极26下方的区域30中的沟道层22的一部分也可以被去除以形成栅极凹陷35的基部。

在一些实施例中，p型掺杂GaN层34可以被省去以提供常开的耗尽型器件。在这些实施例中，栅极26可以被布置在第二子层29上或者布置在第二子层29上的栅极电介质层上。

图3图示了基于III族氮化物的增强型高电子迁移率晶体管40，特别是栅极41所在的HEMT 40的区域。HEMT 40的源极和漏极未在图3图示的HEMT 40的部分中图示出。源极和漏极被布置为与栅极41的相对的侧面在横向上相邻，例如在图3图示的视图中，源极可以被布置为在栅极41的左侧，漏极可以被布置为在栅极41的右侧，如图3中分别由“S”和“D”示意性地描绘的。

HEMT 40包括栅极凹陷41，栅极41定位于栅极凹陷42中。HEMT 40包括含有氮化镓的沟道层43、含有氮化铝镓的阻挡层44和布置在沟道层43和阻挡层44之间的界面处的夹层45。夹层45布置在与栅极凹陷42相邻的区域中并且是不连续的，使得栅极凹陷42没有夹层45和氮化铝层。

阻挡层44包括布置在夹层45上的第一子层46。第一子层46是不连续的并且只布置在栅极凹陷42的外部。夹层45和第一子层46限定栅极凹陷42。阻挡层44包括连续的并且从源极到漏极无间断延伸的第二子层47。第二子层47布置在第一子层46上并且与栅极凹陷42排列成行。两个子层46、47均包括不同铝含量的氮化铝镓。与第一子层46相比，第二子层47包括更低的铝含量。例如，第二子层47的Al_xGa_(1-x)N的铝含量可以是0.10≤x≤0.18，并且第一子层46的铝含量可以是0.19≤x≤1.26。

在一些实施例中，第一子层46和第二子层47的厚度可以是不同的。在一些实施例中，夹层45可以被省略并且在栅极区域和进入区域中的2DEG浓度可以单独通过阻挡层44的厚度和/或阻挡层44的铝含量的调整而进行调整。

栅极凹陷42延伸到沟道层43的最上方区域中，使得第二子层47和沟道层43之间的界面被定位在比与栅极凹陷42相邻的区域中的夹层45和沟道层43之间的界面更低的平面。栅极41包括布置在栅极凹陷42中的第二子层47上的p型掺杂GaN层48。栅极还包括在p型掺杂GaN层48和阻挡层44的第二子层47之上部分地延伸的栅极氮化物层49。栅极41还包括位于p型掺杂GaN层48的部分上并且在p型掺杂GaN层48的侧面之上沿源极方向延伸的栅极金属50。栅极金属50与p型掺杂GaN层48的一些部分直接接触。

HEMT 40还包括在栅极41的漏极侧部分上朝向漏极延伸的第一钝化层51。第一钝化层51具有使得栅极凹陷42包括朝向漏极延伸的倾斜面56的形状。HEMT 40包括场板52，场板52被布置在第一钝化层51的倾斜面上并且与在漏极一侧布置在p型掺杂GaN层48上的栅极氮化物层49的一部分接触。场板53与栅极金属50间隔并且通过栅极氮化物层49与栅极41绝缘。场板52可以被耦合至源极电势或栅极电势。

在源极和栅极凹陷42之间的进入区域53中以及在栅极凹陷42和漏极之间的进入区域55中，HEMT 40具有包括栅极氮化物层49、第二子层47、阻挡层44的第一子层46、包含氮化镓的夹层45和沟道层43的结构。在栅极区域54中在栅极41下方，晶体管具有栅极金属50、栅极氮化物59、p型掺杂GaN 48、含有氮化铝镓的第二子层47和含有氮化镓的沟道层43的结构。与在栅极区域54中相比，阻挡层46在进入区域53、55中具有更大的厚度。

可以选择凹陷长度以最小化电场。在漏极侧栅极边缘和阻挡层46的起点之间的距离“d”以及因此凹陷长度可以被选择以最小化在AlGaN阻挡层中的电场。由夹层45与栅极凹陷42的源极侧上的沟道层43直接接触的布置确定的、在源极侧栅极边缘和栅极凹陷42的边缘之间的距离是处理相关的。在一些实施例中，源极侧栅极边缘和夹层45代替第二子层47与沟道层43接触的位置之间的距离被最小化以便不降低器件的性能。

另外，阻挡层44的子层47和46中的铝含量以及子层46和47的厚度可以与距离“d”一起调整以将阻挡层中的电场降低到预定值之下或最小化阻挡层中的电场。

图4图示了与在图3中图示的HEMT 40相似的基于III族氮化物的增强型高电子迁移率晶体管40’，并且相似的元件使用相同的附图标记表示。HEMT 40’区别仅在于，包含布置在p型掺杂GaN层48上的Ti/TiW层57的栅极41的结构。Ti/TiW层57被栅极氮化物49覆盖。沟道层43、阻挡层44、钝化层51和场板52的布置与在图3中图示的HEMT 40的布置对应。

图5图示了基于III族氮化物的高电子迁移率晶体管60。HEMT 60包括源极61、栅极62和漏极63，由此栅极62在横向上被布置在源极61和漏极63之间。HEMT 60包括含有氮化镓的沟道层64和含有布置在沟道层64上的氮化铝镓的阻挡层65。在图5中用虚线66示意性地图示的二维电子气通过氮化镓沟道层64和氮化铝镓阻挡层65之间的界面处的感应和自发极化形成。HEMT 60还包括布置于阻挡层65上的栅极绝缘层67。栅极62布置在栅极绝缘层67上。钝化层68布置在栅极绝缘层67和栅极62上。

在这个实施例中，栅极62包括T形状使得一部分栅极62延伸到栅极绝缘层67中使得栅极绝缘层具有厚度减小的部分。栅极62在栅极绝缘层67的上表面67之上延伸以产生T形金属栅极62。HEMT 60还包括场板69，场板69被耦合到源极61并且被布置在钝化层68的上表面使得它被定位在栅极金属62上方。

阻挡层65包括两个部分70、71。第一部分70被布置在栅极62下方，第二部分71从第一部分70向源极61并且从第一部分70向漏极63延伸。第一部分70和第二部分71基本上共面并且具有不同的组成。特别地，布置在栅极62下方的部分70比与第一部分70相邻布置的部分71具有较低的铝含量。在第一部分70中的Al_xGa_(1-x)N的铝含量可以是0.10≤x≤0.18，在部分71中的铝含量可以是0.19≤x≤0.26。

HEMT 60包括栅极区域72和与栅极区域72相邻布置的进入区域73。栅极区域72可以被配置使得栅极区域72中的二维电子气的密度被影响，特别是被减小。这可以通过对阻挡层65的组成和/或阻挡层65的厚度的选择来完成以使得其与进入部分73中的阻挡层65的组分和/或厚度不同。在这个实施例中，源极61和漏极63与沟道层64接触并且延伸通过钝化层68、栅极绝缘层67、阻挡层65到沟道层64。

鉴于图6中的HEMT 60所说明，采取了这些措施以影响2DEG的密度的栅极区域的长度L₁可以结合着在栅极金属62的漏极侧边缘与栅极区域72的漏极侧边缘之间的距离L₂以及在光源61和漏极63之间延伸的晶体管结构的总长度L_tot进行选择。

另外，从栅极62的边缘到具有较高2DEG密度的进入区域73的距离可以被选择使得在栅极边缘处的阻挡层65中的电场低于预定值。在一些实施例中，这个距离在从0.1μm到1μm的范围内选择。

通过提供在横向上变化的2DEG以及通过在栅极区域72中提供与进入区域73相比具有较低密度的区域而调整2DEG的密度，在关断状态的情况下中，电子反型层被认为应当被更快耗尽。因此，耗尽区域的延伸应当更大并且电场应当更低。在进入区域73中的2DEG的较高密度被认为减小R_DSON。L1、L2、L_tot和最大电场可以通过在横向上定制2DEG的密度并且通过提供可以与栅极电势或诸如源极电势的不同的电势耦合的场板而被优化。

HEMT 60可以是常开的耗尽型器件或者常关的增强型器件。

图7图示了基于III族氮化物的高电子迁移率晶体管80，在该示例中其是耗尽型器件。HEMT 80包括含有GaN的沟道层81、含有布置在沟道层81上的氮化铝镓(Al_xGa_(1-x)N，其中0<x<1)的阻挡层82、布置在阻挡层82上的栅极绝缘层83、布置在栅极绝缘层83上的栅极84和布置在栅极84和栅极隔离层83上的钝化层85。HEMT 80包括在横向上与栅极84相邻布置的源极86和在横向上与栅极84的相对侧相邻布置的漏极87使得栅极84布置在源极86和漏极87之间。

阻挡层82从源极86到漏极87是连续的。布置在栅极84下方的栅极区域88由阻挡层82的较小的厚度t₁限定。阻挡层82在进入区域89中具有较大的厚度t₂，进入区域89从栅极区域88的源极侧边缘向源极86并且从栅极区域88的漏极侧边缘向漏极87延伸。在图7图示的实施例中，源极86和漏极87延伸通过钝化层85，栅极隔离83和阻挡层82与沟道层81直接接触。阻挡层82的组成整个基本相同。

阻挡层82的厚度的绝对值以及在栅极区域88中的阻挡层82的厚度相对于在进入区域89中的阻挡层82的厚度的相对减小量可以用来产生由虚线90示意性指示的2DEG的密度，其在横向上变化。例如，较低密度的2DEG可以形成在栅极区域88中的沟道层81与阻挡层82之间的界面处，并且较高密度的2DEG可以形成在进入区域89中。

从栅极边缘到夹层的起点的距离可以被选择使得在栅极边缘处的AlGaN阻挡层中的电场低于预定值。在一些实施例中，这个距离在从0.1μm到1μm的范围内选择。

栅极绝缘层83也可以在栅极金属84正下方的区域中具有减小的厚度使得栅极金属84具有大致T形。栅极隔离83可以保形地覆盖阻挡层82。

HEMT 80还包括布置在钝化层85上的场板91。场板91与源极电势电耦合，并且可以与源极86耦合并且从源极86在漏极87的方向上延伸，使得它被定位在栅极84上方。场板91的横向延伸可以使得它超越栅极84的横向延伸而延伸。场板91的漏极侧延伸可以被选择使得它被定位于栅极区域88中。

图8图示了高电子迁移率晶体管(HEMT)100，在这个实施例中，高电子迁移率晶体管(HEMT)100是基于III族氮化物的耗尽型高电子迁移率晶体管。HEMT 100包括源极101、与源极101在横向上间隔开的漏极102和在横向上布置在源极101与漏极102之间并且与它们间隔开的栅极103。HEMT 100包括含有布置在未图示的衬底(诸如，硅或蓝宝石)上的氮化镓的沟道层104。一个或多个另外的缓冲层或过渡层可以被布置在衬底和沟道层104之间。阻挡层105布置在沟道层104上。

在这个实施例中，阻挡层105在栅极区域106中具有与进入区域107中的结构不同的结构。阻挡层105包括布置在沟道层104上并且从源极101到漏极102连续无间断延伸的第一子层108。阻挡层105还包括在进入区域107中布置在第一子层108上的夹层109和在进入区域107中布置在夹层109上的第二子层110。夹层109和第二子层110是不连续的使得它们可以限定布置有栅极103的栅极凹陷111的侧面并且限定在进入区域107之间延伸的栅极区域106。

第一子层108包括含有组成Al_yGa_(1-y)N的氮化铝镓。夹层109包括氮化铝，第二子层110包括具有组成Al_zGa_(1-z)N的氮化铝镓。与第一子层108相比，第二子层110具有更高的铝含量，也就是说，z>y。例如，第一子层108的铝含量y可以在0.10≤y≤0.18的范围内，第二子层100的铝含量z可以在0.19≤z≤0.26的范围内。

与在进入区域107中的阻挡层105的部分相比，栅极区域106中的阻挡层105的部分含有较低的铝含量和较小的厚度。这种形式的阻挡层105可以用来影响图8中用编号112标记的、由在沟道层104和第一子层108之间的界面处的感应和自发极化形成的二维电子气的密度，使得二维电子气112的密度在横向上变化，特别是在栅极区域106中较低并且在进入区域107中较高。

HEMT 100还包括布置在第二子层110的上表面、第二子层110的侧面和夹层109的侧面上并且布置在栅极进入区域106中的第一子层108的上表面上的栅极绝缘层113。栅极绝缘层113与栅极凹陷111排列成行。

HEMT 100还包括布置在进入区域107和栅极区域106二者中的栅极绝缘层113上的第一钝化层114。钝化层114包括贯穿其厚度的过孔115，栅极103的一部分被布置在过孔115中。栅极103因此与栅极隔离层113直接接触。栅极金属103具有大致T形使得它也被布置在过孔115外围的钝化层114的上表面的区域上。

HEMT 100包括布置在钝化层114上并且可以填充栅极凹陷111的另外的电介质层116。源极101和漏极102均延伸通过绝缘层116、钝化层114、栅极电介质层113、第二子层110、夹层109和阻挡层105的第一子层108使得均与沟道层104直接接触。

HEMT 100还可以包括与源极101电耦合的场板117。场板117可以从源极101在电介质层116的上表面118之上延伸使得它被定位在栅极103上方，覆盖栅极103但是不延伸到栅极凹陷111的漏极侧的侧面那么远。

与进入区域107相比，HEMT 100在栅极区域106中具有不同的结构。在栅极区域106中，晶体管仅包括阻挡层105的第一子层108和沟道层104。在进入区域中，HEMT 100包括第二子层110、夹层109、阻挡层105的第一子层108和沟道层104。

从栅极边缘到夹层的起点的距离可以被选择使得在栅极边缘处的AlGaN阻挡层中的电场低于预定值。在一些实施例中，这个距离在0.1μm到1μm的范围内选择。

诸如“在…下”，“在…下方”，“下”，“在…之上”，“上”等空间相对术语被使用以简化用来解释一个元件相对于另一个元件的定位的描述。这些术语目的在于包括除在附图中描述的方向之外的器件的不同方向。

另外，诸如“第一”、“第二”等术语也被用来描述各种元件、区域、部分等等，并且目的也不在于限制。贯穿本说明书，相似的术语指代相似元件。

如在这里使用的，术语“具有”、“含有”、“包括”、“包含”等是表明所陈述的元件或特征的存在但是不排除其他元件或特征存在的开放式术语。除非上下文明确相反指出，否则冠词“一”、“一个”和“该”目的在于包括单数和多数。

应当理解，除非另外具体指出，否则这里描述的各种实施例的特征可以彼此组合。

尽管在这里图示和描述了特定实施例，但是本领域技术人员将理解各种备选和/或等价的实现可以在不脱离本发明的范围的情况下替代所示出和描述的特定实施例。本申请目的在于涵盖这里讨论的特定实施例的任何修改或变型。因此，本发明意在仅受权利要求及其等价方案限制。