[發明專利]采用耗盡模式GaN基FET的串疊電路

有效

• 申請號: 201210189604.6
• 申請日: 2008-03-20
• 公開（公告）號: CN102694013A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 邁克爾·墨菲
• 申請（專利權）人: 電力集成公司
• 主分類號: H01L29/20
• 分類號: H01L29/20;H01L29/66;H01L29/778;H01L27/06;H03K19/094;H03K19/0952
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 楊勇;鄭建暉

本申請是申請日為2008年3月20日、名稱為“采用耗盡模式GaN基FET的串疊電路”的第200880009064.0號發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

該申請涉及與其同日提交的序列號為No.11/725,823且名為“Termination?and?Contact?Structures?For?A?High?Voltage?GaN-Based?Heterojunction?Transistor”的共同待決美國專利申請，并且通過引用將其內容合并于此。

該申請還涉及與其同日提交的序列號為No.11/725,820且名為“High-Voltage?GaN-Based?Heterojunction?Transistor?Structure?and?Method?ofForming?Same”的共同待決美國專利申請，并且通過引用將其內容合并于此。

技術領域

本發明大體上涉及諸如GaN基FET的III族氮化物化合物半導體FET，更具體來講，涉及采用耗盡模式GaN基FET并且用作增強模式FET的電路。

背景技術

使用諸如GaN、AlGaN、InGaN、AlGaN、AlInGaN等寬帶隙半導體的GaN基FET作為高功率應用的功率器件已經備受關注，這是因為它們的導通電阻比使用Si或GaAs的FET在大小上小一個或者更多數量級，由此可以以更大電流在更高溫度下操作并且可以經受高壓應用。

在圖1中示出了傳統的GaN基FET的一個實例。如所示出的，在諸如藍寶石襯底的半絕緣襯底91上形成異質結結構。該異質結結構包括GaN緩沖層92，例如，未摻雜的GaN層93和未摻雜的AlGaN層94，其中，未摻雜的AlGaN層94通常比未摻雜的GaN層93薄得多。未摻雜的GaN層93用作溝道層?？蛇x的，在未摻雜的AlGaN層94上設置兩個n-AlGaN接觸層95。源極電極S和漏極電極D布置在它們各自的接觸層95上。柵極電極G形成在未摻雜的AlGaN層94上，并且位于源極電極S和漏極電極D之間。如果在源極電極S和漏極電極D與下面的半導體層之間可以建立滿意的歐姆接觸，則接觸層95可以不是必需的。

通過在具有大帶隙的AlGaN層和具有較窄帶隙的GaN層之間的異質結界面上形成量子阱，GaN基FET器件能夠將電子遷移率最大化。結果，電荷被捕獲在量子阱里。通過未摻雜的GaN層中的二維電子氣96來表現所捕獲的電子。通過向柵極電極施加電壓來控制電流量，柵極電極與半導體肖特基接觸，以使得電子沿著源極電極和漏極電極之間的溝道流動。

即使當柵極電壓為0時，在溝道中也將產生電子，這是因為形成了從襯底向著器件表面延伸的壓電場。因此，GaN基FET用作耗盡模式（即，常導通型）器件。出于多種原因，期望的是提供增強模式（即，常截止型）GaN基FET。例如，當采用耗盡模式FET作為功率源極的開關器件時，必須連續向柵極電極施加至少等于柵極閾值的偏置電壓，以保持開關處于截止狀態。這樣的布置會消耗過多的功率。另一方面，如果采用增強模式FET，則即使在沒有施加電壓的情況下也可以保持開關處于截止狀態，由此消耗的功率較少。遺憾的是，雖然已經嘗試制造GaN基增強模式FET，但是通常不令人滿意，這是由于存在諸如導通狀態電導差且擊穿電壓差的問題。

發明內容

根據本發明，一種電路包括輸入漏極節點、輸入源極節點和輸入柵極節點。該電路還包括具有源極、漏極和柵極的III族氮化物耗盡模式FET，其中，耗盡模式FET的柵極聯接到使耗盡模式FET保持在其導通狀態的電勢。另外，該電路還包括具有源極、漏極和柵極的增強模式FET。耗盡模式FET的源極串聯聯接到增強模式FET的漏極。耗盡模式FET的漏極用作輸入漏極節點，增強模式FET的源極用作輸入源極節點，并且增強模式FET的柵極用作輸入柵極節點。

根據本發明的一個方面，III族氮化物可以包括GaN。

根據本發明的另一個方面，耗盡模式FET可以是額定電壓大于約100V的高壓FET。

根據本發明的另一個方面，III族氮化物耗盡模式FET可以包括：襯底；第一有源層，所述第一有源層設置在所述襯底的上方；以及第二有源層，所述第二有源層設置在所述第一有源層上。所述第二有源層具有比所述第一有源層高的帶隙，使得在所述第一有源層和所述第二有源層之間產生二維電子氣層。在所述第二有源層上設置快閃層，并且在所述快閃層上設置源極接觸、柵極接觸和漏極接觸。