CN101636843B - 单电压源假晶高电子迁移率晶体管(phemt)功率器件及制造方法 - Google Patents
单电压源假晶高电子迁移率晶体管(phemt)功率器件及制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种假晶高电子迁移率晶体管(PHEMT)功率器件(1)，其包括：半绝缘衬底(2)；在所述半绝缘衬底(2)上形成的外延衬底(3)；接触层(19)。所述接触层(19)包括：形成在肖特基层(18)上的轻掺杂接触层(20)；以及高掺杂接触层(21)，所述高掺杂接触层(21)形成在所述轻掺杂接触层(20)上并且具有高于所述轻掺杂接触层(20)的掺杂浓度。所述PHEMT功率器件(1)还包括：宽凹部(23)，所述宽凹部(23)形成为穿透所述高掺杂接触层(21)；以及窄凹部(24)，所述窄凹部(24)在所述宽凹部(23)中形成为穿透所述轻掺杂接触层(20)。栅极电极(6)形成在所述窄凹部(24)中，并且与所述肖特基层(18)肖特基接触。
Description
本发明的技术领域
本发明总体上涉及一种功率器件，更具体地，涉及一种假晶高电子迁移率晶体管(PHEMT)功率器件及其制造方法。
背景技术
如所知的，假晶高电子迁移率晶体管(PHEMT)在用于开关、功率和低噪声放大器应用的无线通信系统中被广泛地使用。这些晶体管由于其高的RF增益以及功率附加效率(PAE)和低噪声系数(NF)，获得了广泛的市场接受性。这些晶体管的优异性能还使得它们对包括直播卫星电视(DBS-TV)和全球卫星通信系统的卫星通信系统中的应用具有吸引力。PHEMT技术还用于高速模拟和数字IC，如2.5-10Gb/s光波通信系统。PHEMT的较高频率响应目前在毫米波通信(40Gb/s)和雷达系统中得到了应用。
对用于无线通信系统、雷达探测、卫星和电子作战系统的具有越来越高的性能的RF功率器件的日益增长的市场需求已经使得电子工业拓宽了可得到的功率器件和技术的工作频率。为了将功率器件的工作频率增大至毫米波范围，已经提出了几个关键的技术特点，包括优化的PHEMT外延层结构、用于特定应用的单位晶胞的优化器件布局，以及适于高频功能的薄膜技术开发。特别是，对外延层结构设定的最主要条件与确保传导通道中的自由电子与离子化给体物理分离的条件相关。这种解决方案允许相对于常规的金属-半导体场效应晶体管(MESFET)显著降低离子化杂质散射、提高电子迁移率，因此允许显著的性能提高。
另外，假晶高电子迁移率晶体管PHEMT的工作通常需要负的栅极偏压(参见例如US 2002/024057A1)。因此，与使用正的栅极电压的异质结双极晶体管(HBT)相比，这样的负电压的引入不利地需要专用的电压供给电路，其增加了芯片的复杂性以及制造成本。
在例如US 6,593,603中公开了能够利用单电压源(single voltage supply)工作的PHEMT功率器件。PHEMT功率器件包括：外延衬底，其包括依次层叠在半绝缘GaAs衬底上的GaAs缓冲层、AlGaAs/GaAs超晶格层、未掺杂AlGaAs层、第一掺杂硅层、第一隔体、InGaAs电子传递层、第二隔体、掺杂浓度不同于第一掺杂硅层的第二掺杂硅层、轻掺杂AlGaAs层和未掺杂GaAs保护层；在未掺杂GaAs保护层上形成并且与其欧姆接触的源极电极和漏极电极；以及在轻掺杂AlGaAs层上形成以延伸通过未掺杂GaAs保护层的栅极电极。
本发明目的和概述
本申请人已经注意到，为了提供可利用单电压源(仅仅漏极供给电压)工作的PHEMT功率器件，必需优化允许在保持没有任何偏置的接地的栅极的同时获得A级工作条件(等于可获得的最大值的一半的漏极至源极电流)的夹断电压。
特别是，本申请人已经注意到，具有优异的线性和附加效率、高击穿电压并且能够利用单电压源工作的优化PHEMT功率器件应当满足下列要求：低的膝处电压、高并且均匀的跨导以及低的源极-栅极电容。
在这点上，本申请人已经注意到，虽然在US 6,593,603中公开的PHEMT功率器件可利用单电压源工作，但是其性能证明仅仅在C频带(4至6GHz)中令人满意，而在X频带(8.0至12.0GHz)中相当不令人满意，并且该PHEMT功率器件在Ka(高于K)频带(18至40GHz)中完全不可用。
因此，本申请人已经注意到，为了提供可利用单电压源工作，并且在X频带和Ka频带中也具有优异性能的PHEMT功率器件，必需进一步优化专用外延衬底的结构，因此，必需进一步优化在US 6,593,603中公开的装置制造方法。
因此，本发明的主要目的是提供可利用单电压源工作的PHEMT功率器件，该PHEMT功率器件令人满意地适用于高频数字无线通信，特别是可以用于将信号放大至40GHz，即，例如C频带、X频带和Ka频带，并且与现有技术PHEMT中的相比，具有更高的线性、击穿电压以及附加效率。
本发明的另一个目的是提供一种用于制造该PHEMT功率器件的方 法。
这些目的是通过本发明达到的，其中本发明涉及如后附权利要求中所述的PHEMT功率器件及其制造方法。
本发明通过以下手段达到上述目的：利用第III-V半导体异质结的外延生长技术的进展，所述进展确保半导体器件的能带结构设计、在不同区域中的掺杂类型和掺杂水平的可能性；并且采用具有优良电特性的新的半导体材料，例如宽带隙的半导体；以及适当地设计PHEMT结构。这些附加的自由度的利用提供了开发RF性能显著提高的新器件的机会。特别是，本发明通过引入优化的外延层序列和双凹栅极几何形状而达到上述目的。更具体地，本发明通过提供一种假晶高电子迁移率晶体管(PHEMT)功率器件而达到上述目的，所述功率器件包括：
半绝缘衬底；
在所述半绝缘衬底上形成的外延衬底，所述外延衬底包括依次层叠在所述半绝缘衬底上的缓冲层、超晶格层、第一电子供给层、第一隔体层、电子传递层、第二隔体层、第二电子供给层、肖特基(Schottky)层，以及接触层；
源极和漏极电极，所述源极和漏极电极在所述接触层上形成并且与所述接触层欧姆接触；以及
栅极电极，所述栅极电极在所述肖特基层上形成以延伸通过所述接触层；
所述PHEMT功率器件的特征在于所述接触层包括：
轻掺杂接触层，所述轻掺杂接触层形成在所述肖特基层上；
高掺杂接触层，所述高掺杂接触层形成在所述轻掺杂接触层上并且具有高于所述轻掺杂接触层的掺杂浓度；
所述PHEMT功率器件的特征还在于：
宽凹部，所述宽凹部形成为穿透所述高掺杂接触层以暴露所述轻掺杂接触层的表面；以及
窄凹部，所述窄凹部在所述宽凹部中形成为穿透所述轻掺杂接触层以暴露所述肖特基层的表面；
其中所述栅极电极形成在所述窄凹部中，并且与所述肖特基层肖特基 接触，以从所述肖特基层的暴露表面延伸通过所述轻掺杂接触层和高掺杂接触层；并且
所述源极和漏极电极形成在所述宽凹部外部的所述高掺杂接触层上，并且与其欧姆接触，使得所述宽凹部被安置在所述源极和漏极电极之间。
附图简述
为了更好地理解本发明，现在将参考附图描述优选实施方案，所述优选实施方案纯粹意在作为实例，并且不应被解释为限制性的，其中：
·图1是根据本发明的一个实施方案的PHEMT功率器件的示意图；
·图2是根据本发明的另一个实施方案的PHEMT功率器件的示意图；以及
·图3是根据本发明的一个不同实施方案的PHEMT功率器件的示意图。
本发明优选实施方案的详细描述
下列论述是为了使本领域技术人员能够制造并且利用本发明而提供的。实施方案的各种变型对于本领域技术人员是显而易见的，并且本文中的一般原理可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下适用于其它实施方案和应用。因此，本发明不意在限于所示的实施方案，而应当符合与本文中公开并且在后附权利要求中所述的原理和特征一致的最宽范围。
图1是根据本发明的一个实施方案的PHEMT功率器件的示意图。
PHEMT功率器件1包括III-V衬底2例如半绝缘GaAs衬底、在半绝缘GaAs衬底2上形成的掺杂的外延衬底3，以及在外延衬底3上形成的源极电极4、漏极电极5和栅极电极6。
具体地，外延衬底3包括依次层叠在半绝缘GaAs衬底2上的未掺杂GaAs缓冲层10、未掺杂AlGaAs/GaAs超晶格层11、未掺杂的宽带隙AlGaAs层12、第一超薄掺杂硅(脉冲)电子供给(给体)层13、第一隔体层14、未掺杂的窄带隙InGaAs电子传递(通道)层15、第二隔体层16、掺杂浓度不同于第一电子供给层13的第二超薄掺杂硅(脉冲)电子供给(给体)层17、未掺杂或轻掺杂宽带隙肖特基AlGaAs层18，以及GaAs(欧姆)接触(保 护)层19。
为了降低GaAs接触层19与源极电极4和漏极电极5之间的欧姆接触电阻，GaAs接触层19被掺杂，并且包括下部轻掺杂GaAs接触层20和上部高掺杂GaAs接触层21。具体地，掺杂的GaAs接触层19厚约100nm，轻掺杂GaAs接触层20厚约30nm，并且形成为具有约3·1017cm-3的掺杂浓度，并且高掺杂GaAs接触层21厚约70nm，并且形成为具有约3.5·1018cm-3的掺杂浓度。
未掺杂AlGaAs层12厚约4nm，并且含有按摩尔比计在约22％至24％的范围内的铝(Al)，InGaAs电子传递层15厚约13-15nm，并且含有按摩尔比计在约15％至20％的范围内的铟(In)；并且轻掺杂AlGaAs层18厚约30nm，含有按摩尔比计在约22％至24％的范围内的铝(Al)，并且形成为具有在约1.0·1017至3.0·1017cm-3的范围内的掺杂浓度。
为了改善跨导线性，与第二电子供给层17相比，第一电子供给层13具有更低的掺杂浓度。另外，为了在InGaAs电子传递层15中具有在约1.7·1012至2.7·1012cm-2的范围内的掺杂水平，第一电子供给层13形成为具有约1·1012cm-2的掺杂水平，并且第二电子供给层17形成为具有约5·1012cm-2的掺杂水平。另外，第一电子供给层13和第二电子供给层17各自厚约0.5nm。
为了获得欧姆接触，在高掺杂GaAs接触层21上沉积Au/Ge/Ni/Au敷金属，并且对其进行快速的热退火(RTA)，以形成与高掺杂GaAs接触层21欧姆接触的源极电极4和漏极电极5。
为了分开各个PHEMT功率器件的活性区域，可以对外延衬底3进行台面蚀刻，或者优选下至AlGaAs/GaAs超晶格层11的使用氘或氟高能离子的离子注入。
在这两个步骤之后，为了提高击穿电压并且保持低的膝处电压，同时保持高的跨导和高的PHEMT增益，从而提高PHEMT功率特性，将掺杂GaAs接触层19进行凹入式蚀刻，以形成双凹部结构22，所述双凹部结构22包括在高掺杂GaAs接触层21中形成的上宽凹部23，以及在轻掺杂GaAs接触层20中并且部分在轻掺杂AlGaAs层18中形成的下窄凹部24。具体地，为了形成双凹部结构22，蚀刻源极电极4和漏极电极5之间的高掺杂GaAs接触层21以形成宽凹部23，然后在宽凹部23内部，将轻掺杂GaAs接触层20选择性地向下湿刻至轻掺杂AlGaAs层18，以形成窄凹部24。具体地，使用ph控制和温度控制的柠檬酸和过氧化氢溶液进行选择性蚀刻。另外，通过使用正性i-线光致抗蚀剂将轻掺杂GaAs接触层20和高掺杂GaAs接触层21图案化，进行两种蚀刻中的每一个。即使在PHEMT功率器件1的制造中为了形成双凹部而进行的湿刻中，轻掺杂AlGaAs层18的存在也确保蚀刻均匀性。
然后在形成双凹部22之后，通过蒸发钛(Ti)和铝(Al)，在AlGaAs肖特基层18的暴露表面上与AlGaAs肖特基层18相接触地形成栅极电极6。具体地，栅极电极6在双凹部22的中心从AlGaAs肖特基层18延伸，并且穿过轻掺杂下部GaAs接触层20和高掺杂的下部GaAs接触层21并且突出到双凹部22外部。
然后，例如通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，在暴露源极电极4、漏极电极5和栅极电极6的高掺杂GaAs接触层21的表面上形成例如由氮化硅(Si3N4)制成的保护绝缘层25。
然后，通过例如蒸发形成Ti/Pt/Au基底金属层26，然后使其在源极电极4和漏极电极5上成层，然后在基底金属层26上通过例如电镀形成Au层27。基底金属层26限定了隔绝欧姆接触并且防止金从Au镀层27扩散至源极电极4和栅极电极5的相互扩散阻挡层。
然后通过Au电镀空气桥(未示出)，将源极电极4和漏极电极5连接至各个源极和漏极焊盘(pad)(未示出)。
最后，将半绝缘GaAs衬底2从约650μm的原始厚度减薄至在约50至120μm的范围内的最终厚度，然后将PHEMT1反蚀刻(back-etched)以形成具有厚的Au层的包括周围区域的金属化通孔28，所述厚的Au层从变薄的半绝缘GaAs衬底2向上延伸至源极电极4，其用于源极焊盘互连以及散热片安置(heat sink provision)，所述源极焊盘互连用于将寄生的源极-至-接地的电感最小化。
图2是与图1中所示的PHEMT功率器件类似的PHEMT功率器件的示意图，其中相同的附图标记表示相同的元件。具体地，图2中所示由1′表示的PHEMT功率器件与图1中所示的PHEMT功率器件1的不同之处 在于栅极电极6大体上是T形的，其中下腿部6a由Ti形成而上头部6b由Al形成。更具体地，栅极电极6的腿部6a具有基本上等于双凹部22深度的高度，使得栅极电极6的头部6b突出到双凹部22外部。更具体地，T形状通过在低损害各向同性等离子体蚀刻反应器中以适合的氟/氧等离子体化学反应干法蚀刻栅极金属叠层的Ti而得到。氟载气可以是CF4或CHF3或SF6。氧载气可以是O2。
在等离子体蚀刻平行板构造中通过RF释放产生等离子体。在例如100至200℃的范围内加热室的每一个板，室压力在200至1000毫托的范围内。应当降低RF功率释放，以尽可能地减少由离子和电子轰击引起的表面损害。当将等离子体蚀刻平行板构造用于这种栅极蚀刻时，RF功率释放必须低于50瓦。而且，如果引入能够确保冷等离子体的设备(ECR-电子回旋加速器共振，ICP-感应耦合等离子体)，则获得更好的结果。
在这样的方法中，使用栅极电极6的头部6b的Al作为掩模层，因为Al被氟化，并且保持不被氟等离子体蚀刻。因此，由Al制成的栅极电极6的头部6b保持不被蚀刻，同时由Ti制成并且位于AlGaAs肖特基层18上面的栅极电极6的腿部6a在侧面被蚀刻。以这种方式，可以利用快速和低成本制造方法获得低至0.15μm的栅极长度，从而保持低的栅极指电阻(gate finger resistance)。
图3是与图1和2中所示的那些类似的PHEMT功率器件的示意图，其中相同的附图标记表示相同的元件。具体地，图3中所示由1″表示的PHEMT功率器件与图1和2中所示的PHEMT功率器件的不同之处在于，它配置有场极电板29，所述场极电板29连接至栅极6并且在不与高掺杂接触层21或漏极电极(5)交叠的情况下向漏极电极5延伸。具体地，场极电板29形成为栅极扩展部(gate extension)6c，所述栅极扩展部6c与高掺杂GaAs接触层21共面，与轻掺杂GaAs接触层20上的保护绝缘层25的一部分垂直交叠，并且止于离高掺杂下部GaAs接触层21为1.0μm的距离处。由氮化硅(Si3N4)制成的保护绝缘层25是超薄的(小于50nm)，并且通过PECVD沉积，因此被优化而达到Si3N4的高介电常数，并且控制GaAs/Si3N4界面状态。
在图1、2和3所示的PHEMT功率器件中，安置不同的GaAs和AlGaAs 层，但是最令人感兴趣的异质结是在硅掺杂的AlGaAs层12和18与未掺杂的InGaAs层15之间的异质结。实际上，由于AlGaAs层的带隙比相邻的InGaAs层更高，自由电子扩散到InGaAs层中，并且在异质界面形成二维电子气(2-DEG)，在此它们被限制在很薄的片中，并且2-DEG的传输性能远高于常规的MESFET中的自由电子的传输性能。
AlGaAs层18是给体层，并且在最终的PHEMT功率器件中，该层应当从肖特基栅极6耗尽至AlGaAs/GaAs界面，以消除AlGaAs中的任何平行传导效应，否则对PHEMT性能有害。在异质结构设计中，必须考虑的是，增加给体层中的掺杂水平降低PHEMT的击穿电压。为了克服这个难题，同时保持高的2-DEG片状载流子浓度，可以使用脉冲掺杂、δ掺杂的AlGaAs层。该解决方案利用厚约0.5nm、具有很高掺杂水平的Si单层。
对于隔体层14、16的厚度，尽管自由电子与给体物理地隔开，但是紧密的接近产生了被称为库仑散射的静电相互作用。这种效应是通过借助于未掺杂的AlGaAs的薄的隔体层将2-DEG与AlGaAs给体层分离而降低的。值得一提的是PHEMT的噪声性能与隔体厚度密切相关。
对于GaAs缓冲层10，由于漏极至源极电场，可以将电子的一部分注入到GaAs缓冲层10中。作为增加漏极输出电导的结果，这种现象导致增益降低。在PHEMT中，进入GaAs缓冲层10的电子注入借助于AlGaAs/GaAs超晶格层11而控制进入到GaAs缓冲层10中，同时不改变通道质量。
下面描述的是对根据本发明制造，并且具有0.5μm栅极长度、0.25μm栅极长度并且具有场极电板结构的PHEMT功率器件进行的特性测量的结果。所有提到的结果涉及100μm的单位栅极宽度以及1mm的总栅极宽度。具体地，就跨导和饱和电流而言，根据本发明具有不同栅极长度的PHEMT功率器件具有约-0.8V至-0.6V的夹断电压，在0V的栅极电压下范围从100至300mA/mm的饱和电流，以及在0.8V的栅极电压下范围从300至600mA/mm的最大饱和电流。另外，在0至1V的栅极电压范围内，在250-350mS/mm的范围内的跨导是几乎一致的。作为结果，PHEMT功率器件表现出改善的线性。就电流-电压特性而言，根据本发明的PHEMT功率器件显示约1V的低的膝处电压和在没有场极电板结构的情况下约18 V的断开状态击穿电压，以及在具有场极电板结构的情况下40V的断开状态击穿电压，同时最大电流保持不受影响。这样的结果说明，可以获得高的栅极漏极击穿电压，从而保持低的欧姆接触电阻。就功率特性而言，根据本发明的PHEMT功率器件具有高达29dBm/mm的输出功率，以及高达12dB的相关功率增益，如果合宜地采用栅极长度，则所述功率特性通过负荷牵引法(load-pull method)在高达10GHz频率的增益压缩的1dB典型值测定。引入场极电板结构，功率性能另外增加，从而实现高达32dBm/mm的输出功率以及用于C带应用的高达15dB的相关功率增益。最后，就高的RF放大器应用而言，通过适当地改变栅极长度，根据本发明的PHEMT功率器件可以用于将信号放大至40GHz。
从上述中，本发明的优点是明显的。具体地，在根据本发明的PHEMT功率器件中，掺杂GaAs接触层19，具体地，由与源极和漏极电极欧姆接触的下部轻掺杂下部GaAs接触层20和上部高掺杂下部GaAs接触层21组成的掺杂GaAs接触层19的形成允许其间的接触电阻降低，从而提高PHEMT的电压特性。
另外，由高掺杂GaAs接触层21中形成的上宽凹部23和下部轻掺杂GaAs接触层20中形成的下窄凹部24组成的双凹部结构22的形成允许了在高掺杂GaAs接触层21上提供欧姆接触，从而提高PHEMT的总功率特性，特别是显著增加击穿电压，同时保持低的膝处电压，并且改善线性和功率附加效率。
此外，双凹部结构22与轻掺杂GaAs接触层20和高掺杂GaAs接触层21的组合允许PHEMT功率器件利用单电压源工作，而没有对栅极接触的负偏压的任何需要。
此外，本发明的PHEMT允许利用直接连接至地线的栅极接触焊盘满足A级放大器要求。
此外，掺杂浓度低于掺杂硅层17的掺杂硅层13使得PHEMT功率器件的跨导相对于栅极至源极电压不变，同时轻掺杂AlGaAs层18确保在为了制造PHEMT功率器件而进行的湿法蚀刻中的蚀刻均匀性，从而使得PHEMT功率器件的整个制造过程简单，因此提高生产率。
最后，T-栅极结构允许栅极至源极电容和栅极指电阻显著降低，从而 允许PHEMT获得高达40GHz的工作频率。
最后，可以对本发明进行大量的修改和变化，所有修改和变化均落入后附权利要求中所述的本发明的范围内。
例如，未掺杂的宽带隙AlGaAs层12和第一超薄掺杂硅电子供给层13可以被单个均匀掺杂AlGaAs电子供给层代替。
Claims (35)
1.一种单电压源假晶高电子迁移率晶体管(PHEMT)功率器件(1；1′；1″)，其包括：
半绝缘衬底(2)；
在所述半绝缘衬底(2)上形成的外延衬底(3)，所述外延衬底(3)包括依次层叠在所述半绝缘衬底(2)上的缓冲层(10)、超晶格层(11)、第一电子供给层(12、13)、第一隔体层(14)、电子传递层(15)、第二隔体层(16)、第二电子供给层(17)、肖特基层(18)，以及接触层(19)；
源极和漏极电极(4、5)，所述源极和漏极电极(4、5)在所述接触层(19)上形成并且与所述接触层(19)欧姆接触；以及
栅极电极(6)，所述栅极电极(6)在所述肖特基层(18)上形成以延伸通过所述接触层(19)；
其中将所述栅极和源极电极(4、6)设计为接地，并且将所述漏极电极(5)设计为连接至电压源；
所述PHEMT功率器件(1)的特征在于所述接触层(19)包括：
轻掺杂接触层(20)，所述轻掺杂接触层(20)形成在所述肖特基层(18)上；
高掺杂接触层(21)，所述高掺杂接触层(21)形成在所述轻掺杂接触层(20)上并且具有高于所述轻掺杂接触层(20)的掺杂浓度，
所述PHEMT功率器件(1)的特征还在于：
宽凹部(23)，所述宽凹部(23)形成为穿透所述高掺杂接触层(21)以暴露所述轻掺杂接触层(20)的表面；以及
窄凹部(24)，所述窄凹部(24)在所述宽凹部(23)中形成为穿透所述轻掺杂接触层(20)以暴露所述肖特基层(18)的表面，
其中所述栅极电极(6)形成在所述窄凹部(24)中，并且与所述肖特基层(18)肖特基接触，以从所述肖特基层(18)的暴露表面延伸通过所述轻掺杂接触层(20)和高掺杂接触层(21)；并且
所述源极和漏极电极(4、5)形成在所述宽凹部(23)外部的所述高掺杂接触层(21)上，并且与所述高掺杂接触层(21)欧姆接触，使得所述宽凹部(23)被安置在所述源极和漏极电极(4、5)之间。
2.权利要求1所述的PHEMT功率器件，所述PHEMT功率器件还包括：
保护绝缘层(25)，所述保护绝缘层(25)形成在通过源极、漏极和栅极电极(4、5、6)暴露的所述高掺杂GaAs接触层(21)的表面上。
3.权利要求1或2所述的PHEMT功率器件，所述PHEMT功率器件还包括：
基底金属层(26)，所述基底金属层(26)形成在所述源极和漏极电极(4、5)上；和
Au层(27)，所述Au层(27)形成在所述基底金属层(26)上。
4.权利要求1所述的PHEMT功率器件，所述PHEMT功率器件还包括：
金属化通孔(28)，所述金属化通孔(28)为了源极焊盘互连和散热片安置而形成为从所述半绝缘衬底(2)延伸至所述源极电极(4)。
5.权利要求1所述的PHEMT功率器件，其中所述栅极电极(6)是T形的。
6.权利要求2所述的PHEMT功率器件，所述PHEMT功率器件还包括：
场极电板(29)，所述场极电板(29)形成在所述保护绝缘层(25)上，电连接至所述栅极电极(6)，并且在不与所述高掺杂接触层(21)或所述漏极电极(5)交叠的情况下向所述漏极电极(5)延伸。
7.权利要求6所述的PHEMT功率器件，其中所述场极电板形成为栅极扩展部(6c)，所述栅极扩展部(6c)与所述高掺杂GaAs接触层(21)基本上共面，与所述轻掺杂GaAs接触层(20)的一部分垂直交叠，并且止于离所述高掺杂接触层(21)一定距离处。
8.权利要求3所述的PHEMT功率器件，其中所述衬底(2)是由GaAs形成的半绝缘衬底，所述缓冲层(10)由GaAs形成，所述超晶格层(11)由A1GaAs/GaAs形成，所述第一和第二电子供给层(13、17)由掺杂硅形成，所述电子传递层(15)由InGaAs形成；所述肖特基层(18)由AlGaAs形成，所述轻掺杂接触层(21)和高掺杂接触层(22)由GaAs形成，所述栅极电极(6)由Ti/Al形成，所述源极和漏极电极(4、5)由Au/Ge/Ni/Au金属薄膜形成，所述保护绝缘层(25)由氮化硅形成，并且所述基底金属层(26)由Ti/Pt/Au形成。
9.权利要求1所述的PHEMT功率器件，其中所述轻掺杂接触层(20)具有约3·1017cm-3的掺杂浓度，并且所述高掺杂接触层(21)具有约3.5·1018cm-3的掺杂浓度。
10.权利要求1所述的PHEMT功率器件，其中所述第一和第二电子供给层(13、17)形成为具有使得所述电子传递层(15)中具有在约1.7·1012至2.7·1012em-2的范围内的掺杂水平的掺杂浓度。
11.权利要求1所述的PHEMT功率器件，其中第二电子供给层(17)形成为具有高于所述第一电子供给层(13)的掺杂浓度。
12.权利要求11所述的PHEMT功率器件，其中所述第一电子供给层(13)形成为具有约1·1012cm-2的掺杂水平，并且所述第二电子供给层(17)形成为具有约5·1012cm-2的掺杂水平。
13.权利要求8所述的PHEMT功率器件，其中所述电子传递层(15)含有按摩尔比计在约15％至20％的范围内的铟，所述肖特基层(18)含有按摩尔比计在约22％至24％的范围内的铝，并且形成为具有在约1.0·1017至3.0.1017cm-3的范围内的掺杂浓度。
14.权利要求8所述的PHEMT功率器件，其中所述第一电子供给层(12、13)包括：
未掺杂的宽带隙层(12)，所述未掺杂的宽带隙层(12)形成在所述超晶格层(11)上；和
掺杂的硅层(13)，所述掺杂的硅层(13)形成在所述未掺杂的宽带隙层(12)上。
15.权利要求14所述的PHEMT功率器件，其中所述未掺杂的宽带隙层(12)由AlGaAs形成，并且含有按摩尔比计在约22％至24％的范围内的铝。
16.一种用于制造单电压源假晶高电子迁移率晶体管(PHEMT)功率器件(1、1′、1″)的方法，所述方法包括：
提供半绝缘衬底(2)；
在所述半绝缘衬底(2)上形成外延衬底(3)，其中外延衬底(3)的形成包括：在所述半绝缘衬底(2)上依次层叠缓冲层(10)、超晶格层(11)、第一电子供给层(12、13)、第一隔体层(14)、电子跃迁层(15)、第二隔体层(16)、第二电子供给层(17)、肖特基层(18)，以及接触层(19)；
在所述接触层(19)上形成源极和漏极电极(4、5)，并且所述源极和漏极电极(4、5)与所述接触层(19)欧姆接触；以及
在所述肖特基层(18)上形成栅极电极(6)，使所述栅极电极(6)延伸通过所述接触层(19)；
其中将所述栅极和源极电极(4、6)设计为接地，并且将所述漏极电极(5)设计为连接至电压源；
所述制造方法的特征在于接触层(19)的形成包括：
在所述肖特基层(18)上形成轻掺杂接触层(20)；
在所述轻掺杂接触层(20)上形成高掺杂接触层(21)，并且所述高掺杂接触层(21)具有高于所述轻掺杂接触层(20)的掺杂浓度；
所述方法的特征还在于：
形成宽凹部(23)，使所述宽凹部(23)穿透所述高掺杂接触层(21)以暴露所述轻掺杂接触层(20)的表面；以及
在所述宽凹部(23)中形成窄凹部(24)，使所述窄凹部(24)穿透所述轻掺杂接触层(20)以暴露所述肖特基层(18)的表面，
其中将所述栅极电极(6)形成在所述窄凹部(24)中，并且与所述肖特基层(18)肖特基接触，以从所述肖特基层(18)的暴露表面延伸通过所述轻掺杂接触层(20)和高掺杂接触层(21)；并且
将所述源极和漏极电极(4、5)形成在所述宽凹部(23)外部的所述高掺杂接触层(21)上，并且与所述高掺杂接触层(21)欧姆接触，使得所述宽凹部(23)被安置在所述源极和漏极电极(4、5)之间。
17.权利要求16所述的方法，其中在所述宽和窄凹部(20、21)之前形成所述源极和漏极电极(4、5)。
18.权利要求16或17所述的方法，其中源极和漏极电极(4、5)的形成包括：
在所述高掺杂接触层(21)上形成各个金属薄膜；以及
将沉积的金属薄膜快速热退火。
19.权利要求16所述的方法，所述方法还包括：
在通过所述源极、漏极和栅极电极(4、5、6)暴露的所述高掺杂接触层(21)的表面上形成保护绝缘层(25)。
20.权利要求16所述的方法，所述方法还包括：
在所述源极和漏极电极(4、5)上形成基底金属层(26)；以及
在所述基底金属层(26)上形成Au层(27)。
21.权利要求16所述的方法，所述方法还包括：
为了源极焊盘互连和散热片安置，形成并金属化通孔(28)，使所述通孔(28)从所述半绝缘衬底(2)延伸至所述源极电极(4)。
22.权利要求21所述的方法，其中通孔(28)的形成包括：
反蚀刻所述半绝缘衬底(2)和所述外延衬底(3)。
23.权利要求21或22所述的方法，所述方法还包括：
在形成所述通孔(28)之前，将所述半绝缘衬底(2)薄化。
24.权利要求16所述的方法，其中所述栅极电极(6)是T形的。
25.权利要求24所述的方法，其中所述T形栅极电极(6)包括在所述窄凹部(24)中由钛形成的窄部(6a)，以及在所述窄凹部(24)外部由铝形成的宽部(6b)；
并且其中所述T形栅极电极(6)的形成包括：
在所述肖特基层(18)的暴露表面上蒸发所述钛和所述铝；以及
在氟/氧等离子体中干法蚀刻所述钛。
26.权利要求19所述的方法，所述方法还包括：
在所述保护绝缘层(25)上形成场极电板(29)，所述场极电板(29)电连接至所述栅极电极(6)，并且在不与所述高掺杂接触层(21)或所述漏极电极(5)交叠的情况下向所述漏极电极(5)延伸。
27.权利要求26所述的方法，其中场极电板的形成包括：
形成栅极扩展部(6c)，所述栅极扩展部(6c)与所述高掺杂GaAs接触层(21)基本上共面，与所述轻掺杂GaAs接触层(20)的一部分垂直交叠，并且止于离所述高掺杂GaAs接触层(21)一定距离处。
28.权利要求20所述的方法，其中所述衬底(2)是由GaAs形成的半绝缘衬底，所述缓冲层(10)由GaAs形成，所述超晶格层(11)由AlGaAs/GaAs形成，所述第一和第二电子供给层(13、17)由掺杂硅形成，所述电子传递层(15)由InGaAs形成；所述肖特基层(18)由AlGaAs形成，所述轻掺杂接触层和高掺杂的接触层(21、22)由GaAs形成，所述栅极电极(6)由Ti/Al形成，所述源极和漏极电极(4、5)由Au/Ge/Ni/Au金属薄膜形成，所述保护绝缘层(25)由氮化硅形成，并且所述基底金属层(26)由Ti/Pt/Au形成。
29.权利要求16所述的方法，其中所述轻掺杂接触层(20)具有约3·1017cm-3的掺杂浓度，并且所述高掺杂接触层(21)具有约3.5.1018cm-3的掺杂浓度。
30.权利要求16所述的方法，其中将所述第一和第二电子供给层(13、17)形成为具有使得在所述电子传递层(15)中具有在约1.7·1012至2.7·1012cm-2的范围内的掺杂水平的掺杂浓度。
31.权利要求16所述的方法，其中将所述第二电子供给层(17)形成为具有高于所述第一电子供给层(13)的掺杂浓度。
32.权利要求31所述的方法，其中将所述第一电子供给层(13)形成为具有约1·1012cm-2的掺杂水平，并且将所述第二电子供给层(17)形成为具有约5·1012cm-2的掺杂水平。
33.权利要求28所述的方法，其中所述电子传递层(15)含有按摩尔比计在约15％至20％的范围内的铟，所述肖特基层(18)含有按摩尔比计在约22％至24％的范围内的铝，并且形成为具有在约1.0·1017至3.0·1017cm-3的范围内的掺杂浓度。
34.权利要求28所述的方法，其中所述第一电子供给层(12、13)包括：
未掺杂的宽带隙层(12)，所述未掺杂的宽带隙层(12)形成在所述超晶格层(11)上；和
掺杂的硅层(13)，所述掺杂的硅层(13)形成在所述未掺杂的宽带隙层(12)上。
35.权利要求34所述的方法，其中所述未掺杂的宽带隙层(12)由AlGaAs形成，并且含有按摩尔比计在约22％至24％的范围内的铝。
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