[發明專利]氮化鎵超結器件

無效

• 申請號: 201310077499.1
• 申請日: 2013-03-12
• 公開（公告）號: CN103311292A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: S·W·比德爾;B·赫克瑪特紹塔巴里;D·K·薩達那;G·G·沙希迪;D·沙赫莉亞迪
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/872;H01L29/06
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 于靜;張亞非

技術領域

本發明涉及物理科學,更具體地說，涉及高電子遷移率晶體管結構和肖特基二極管。

背景技術

已開發出通過使用異質結產生高遷移率電子的高電子遷移率晶體管。由于氮化鎵（GaN）中載流子的高飽和速度和高臨界擊穿電場，從而允許在不犧牲器件的導通比電阻（specific?on-resistance）的情況下提高器件擊穿電壓，因此氮化鎵器件可用于大功率、高頻開關。氮化鎵的大帶隙還允許在高溫下的器件操作。

圖1示出GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）的示意結構。晶體管20包括鄰接氮化鎵層24的氮化鋁鎵層22。由2D電子氣（2DEG）形成的導電溝道26在源極28與漏極30之間形成。在所示晶體管中，柵極32鄰接氮化鋁鎵層22，但是可以在柵極32下面設置絕緣體層（未示出）以形成金屬絕緣體半導體（MIS）HEMT。GaN層形成在由例如硅、碳化硅或藍寶石制成的襯底36上。在所示晶體管的氮化鎵層24與襯底之間設置成核層38。該成核層可由諸如氮化鎵、氮化鋁鎵或氮化鋁的材料形成。在該結構上設置鈍化層39。在圖1的HEMT中，該鈍化層由氮化硅構成。盡管氮化鎵具有大帶隙，但由于GaN的過早擊穿，如針對圖1所討論的GaNHEMT器件的擊穿電壓被限制為2KV。

已開發出Si上GaN（GaN-on-Si）肖特基二極管，并且，由于反向恢復電荷可忽略，因此Si上GaN肖特基二極管提供快速切換。這種二極管可以包括Si(111)襯底、GaN層、位于襯底與GaN層之間的緩沖層、覆蓋GaN層的鈍化層、保護環以及肖特基接觸。

發明內容

本發明的原理提供許高擊穿電壓的GaN高電子遷移率晶體管結構。示例性高電子遷移率晶體管結構包括含有多個p/n結的摻雜的氮化鎵超結層以及鄰接所述摻雜的氮化鎵超結層的阻擋層。所述摻雜的氮化鎵超結層被設置在襯底層與所述阻擋層之間。當跨柵極端子和源極端子施加電壓時，在所述摻雜的氮化鎵超結層與所述阻擋層的結附近在所述摻雜的氮化鎵超結層中形成二維電子氣溝道。鈍化層覆蓋所述阻擋層。在對柵電極施加電壓時，通過所述摻雜的氮化鎵超結層建立的電場垂直于在所述柵電極與所述漏電極之間建立的電場。

根據另一方面，一種高電子遷移率轉移結構（transfer?structure）包括摻雜的氮化鎵超結層，該摻雜的氮化鎵超結層具有小于10微米的厚度并且包括多個p/n結。所述摻雜的氮化鎵超結層的整體厚度包括超結結構。所述高電子遷移率轉移結構還包括硅襯底層和鄰接所述摻雜的氮化鎵超結層的氮化鋁鎵阻擋層。所述摻雜的氮化鎵超結層設置在所述襯底層與所述阻擋層之間。當跨柵極端子和源極端子施加電壓時，在所述摻雜的氮化鎵超結層與所述阻擋層的結附近在所述摻雜的氮化鎵超結層中形成二維電子氣溝道。所述摻雜的氮化鎵超結層能夠用于抑制穿過所述硅襯底層的擊穿以及所述柵極與漏電極之間的擊穿。

根據另一方面，提供了一種肖特基二極管。示例性肖特基二極管包括肖特基接觸、具有頂表面的襯底、以及位于所述肖特基接觸與所述襯底的所述頂表面之間的摻雜的氮化鎵超結層。所述摻雜的氮化鎵超結層具有小于10微米的厚度并包括多個p/n結，所述摻雜的氮化鎵超結層的整體厚度包括超結結構，所述p/n結相對于所述襯底的所述頂表面垂直延伸。

如在此使用的那樣，“便于”某個動作包括執行動作，使動作更簡單，有助于實施動作或導致動作被執行。因此，通過實例而非限制，在一個處理器上執行的指令可以便于通過發送導致或幫助執行操作的合適數據或命令來通過在遠程處理器上執行的指令而實施的某個動作。為避免疑義，在動作者便于某個動作而非執行該動作時，該動作仍然由某個實體或實體組合來執行。

本發明的技術可提供大量有益的技術效應。例如，一個或多個實施例可以提供以下優點中的一個或多個：

●通過抑制穿過襯底的擊穿提供高擊穿電壓；

●通過抑制柵極與漏極之間的擊穿提供高擊穿電壓；

●允許將低成本Si用于高擊穿電壓器件。

通過結合附圖閱讀下面對本發明的示例性實施例的詳細描述，本發明的這些和其它特征和優點將變得顯而易見。

附圖說明

圖1示出現有技術GaN高電子遷移率晶體管的示意性示例；

圖2示出根據第一示例性實施例的高電子遷移率晶體管結構的示意性示例；

圖3是示出制造圖2的高電子遷移率晶體管結構的示例性方法的流程圖；

圖4示出根據第二示例性實施例的高電子遷移率晶體管結構的示意性示例；