[發明專利]用于常關化合物半導體晶體管的柵極堆疊

有效

• 申請號: 201410270020.0
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104241350B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: G·庫拉托拉
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/423;H01L29/06;H01L21/335;H01L21/28
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華,張寧

1.一種常關化合物半導體晶體管，包括：

異質結構體，包括源極、與所述源極間隔開的漏極和用于連接所述源極和所述漏極的溝道，所述溝道包括由于壓電效應在所述異質結構體中出現的第一極性的第一二維電荷載流子氣；以及

在所述異質結構體上的柵極堆疊，用于控制所述柵極堆疊下方的異質結構體區域中的溝道，所述柵極堆疊包括至少一種III族氮化物材料，所述至少一種III族氮化物材料由于壓電效應在所述柵極堆疊中或在所述柵極堆疊下方的異質結構體中產生與所述第一極性相反的第二極性的第二二維電荷載流子氣，所述第二二維電荷載流子氣使所述第一二維電荷載流子氣中的極化電荷反向平衡，從而在缺乏施加至所述柵極堆疊的柵極電壓的情形下，所述溝道在所述柵極堆疊下方被破壞，

其中所述第二二維電荷載流子氣與所述源極和所述漏極間隔開，并且與所述源極和所述漏極在電學上斷開，

其中所述異質結構體包括GaN緩存區和在所述GaN緩存區上的GaN合金勢壘區，

其中所述GaN緩存區、所述GaN合金勢壘和所述柵極堆疊的所述至少一種III族氮化物是平面的；

其中所述柵極堆疊不具有P型摻雜的III族氮化物材料。

2.根據權利要求1所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述柵極堆疊包括具有不同帶隙的至少兩種III族氮化物材料，所述至少兩種III族氮化物材料在所述柵極堆疊中產生所述第二二維電荷載流子氣。

3.根據權利要求2所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述柵極堆疊的所述至少兩種III族氮化物材料的總厚度在100nm至10nm的范圍內。

4.根據權利要求3所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述柵極堆疊的所述至少兩種III族氮化物材料的所述總厚度在10nm到30nm的范圍內。

5.根據權利要求1所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述柵極堆疊還包括在所述至少一種III族氮化物材料上的金屬。

6.根據權利要求5所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述柵極堆疊還包括插入在所述金屬與所述至少一種III族氮化物材料之間的氧化物。

7.根據權利要求1所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述GaN合金勢壘區包括在所述GaN緩存區上的AlGaN，所述第一二維電荷載流子氣是在所述AlGaN勢壘區和事所述GaN緩存區之間的界面附近出現的二維電子氣，所述柵極堆疊包括在所述AlGaN緩存區上的GaN和在所述柵極堆疊的GaN上的InGaN，并且所述第二二維電荷載流子氣是在所述柵極堆疊的InGaN和GaN之間的界面附近出現的二維空穴氣。

8.根據權利要求1所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述GaN合金勢壘區包括在所述GaN緩存區上的InGaN，所述第一二維電荷載流子氣是在所述InGaN勢壘區和所述GaN緩存區之間的界面附近出現的二維空穴氣，所述柵極堆疊包括在所述InGaN緩存區上的GaN和在所述柵極堆疊的GaN上的AlGaN，并且所述第二二維電荷載流子氣是在所述柵極堆疊的AlGaN和GaN之間的界面附近出現的二維電子氣。

9.根據權利要求1所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述GaN合金勢壘區包括在所述GaN緩存區上的AlGaN，所述第一二維電荷載流子氣是在所述AlGaN勢壘區和GaN緩存區之間的界面附近出現的二維電子氣，所述柵極堆疊包括在所述AlGaN勢壘區上的GaN，并且所述第二二維電荷載流子氣是在所述柵極堆疊的GaN和所述異質結構體的AlGaN之間的界面附近出現的二維空穴氣。

10.根據權利要求1所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述GaN合金勢壘區包括在所述GaN緩存區上的InGaN，所述第一二維電荷載流子氣是在所述InGaN勢壘區和所述GaN緩存區之間的界面附近出現的二維空穴氣，所述柵極堆疊包括在所述InGaN勢壘區上的GaN，并且所述第二二維電荷載流子氣是在所述柵極堆疊的GaN和所述異質結構體的InGaN之間的界面附近出現的二維電子氣。

11.一種常關化合物半導體晶體管，包括：

III族氮化物異質結構體，所述異質結構體包括用于連接所述常關化合物半導體晶體管的源極和漏極的溝道，所述溝道包括在所述III族氮化物異質結構體中出現的第一極性的第一二維電荷載流子氣；以及

在所述III族氮化物異質結構體上的柵極堆疊，用于控制所述柵極堆疊下方的III族氮化物異質結構體區域中的溝道，所述柵極堆疊在橫向上與所述源極和所述漏極間隔開，所述柵極堆疊包括至少一種III族氮化物材料；以及

在所述柵極堆疊中或在所述柵極堆疊下方的III族氮化物異質結構體中的與所述第一極性相反的第二極性的第二二維電荷載流子氣，所述第二二維電荷載流子氣使所述第一二維電荷載流子氣中的極化電荷反向平衡，從而所述溝道在所述柵極堆疊下方的區域中被破壞，

其中溝道中斷的區域在豎直方向上與所述第二二維電荷載流子氣對準，從而所述第一二維電荷載流子氣在與所述第二二維電荷載流子氣豎直對準的區域中被中斷并且存在于其它區域。