專利名稱：增強模式Ⅲ族氮化物場效應晶體管的制作方法
增強模式HI族氮化物場效應晶體管相關申請的交叉引用
本申請是基于美國臨時申請，并且要求了它的權利，其申請?zhí)?是No.60/538795，申請日是2004年1月23日，名稱是基于蝕刻柵極的增 強模式場效應晶體管，因此本申請要求了其優(yōu)先權并且將參考它的內(nèi)容合 為一體進4亍7>開。發(fā)明的背景技術領域
—般來說，本發(fā)明涉及一類基于III族氮化物材料的場效應晶 體管，并且更特別是一種增強模式的場效應晶體管。
背景技術：
目前已知III族氮化物半導體目前顯示出大于2.2MV/cm的大的介質擊穿電場。m族氮化物異質結結構也可以承載極高的電流，這使得由III族氮化物系材料制造的器件在功率應用方面表現(xiàn)卓越。
—般來說，基于m族氮化物材料器件的發(fā)展目標是高功率-高 頻率的應用，比如移動電話基站的發(fā)射器。為這些類型應用制造的器件是 基于一般的器件結構，這些器件結構顯示出高電子遷移率，并參考了多種器件，諸如異質結場效應晶體管(HFET)，高電子遷移率晶體管(High electron mobility transistor ) ( HEMT )或調(diào)制摻雜型場效應晶體管 (MODFET)。典型地，這些類型的器件在典型范圍是2-100GHz的高頻率 下運^f亍時，可以經(jīng)受IOOV的高電壓?？梢詫@些類型的器件進行變更以 作多種應用，^a典型地是通過對壓電;f及化場的使用以產(chǎn)生一種二維電子氣(2DEG)進而操作這些器件，該二維電子氣^L允許具有非常低電阻損耗的非 常高電流密度的傳輸。在這些常規(guī)的III族氮化物HEMT器件中，2DEG 形成于鋁鎵氮(AlGaN)和氮化鎵(GaN)材沖牛的界面上。由于AlGaN/GaN 界面的特性和在界面形成的2DEG，由m族氮化物材料系統(tǒng)中形成的器件 名義上趨向導通或者作為耗盡型的器件。位于AlGaN/GaN層界面的2DEG 的高電子遷移率允許III族氮化物器件，比如HEMT器件，在沒有4冊極電 位應用的情況下導電。先前制造的HEMT器件名義上導通的特性限制了 其在功率管理上的適用性。在能夠用III族氮化物HEMT器件安全地控制 功率以前，觀測到名義上導通的功率器件的局限在于需要具有 一個被充電 并可供使用的控制電路。因此，期待發(fā)明一種名義上截止的III族氮化物 HEMT器件以便在開啟和其他模式期間避免電流傳導的問題。
那些允許具有低電阻損耗高電流密度m族氮化物HEMT器件 的一種缺點在于在應變AlGaN/GaN系統(tǒng)中只能獲得有限的厚度。這些類 型材料的晶格結構的差異產(chǎn)生了一種的應變，該應變能夠導致薄膜生長的 位移，以產(chǎn)生不同的層。例如，這導致了勢壘層中的泄漏水平^f艮高。 一些 先前的設計集中在降低AlGaN層的平面內(nèi)晶格常數(shù)至接近松弛點，來降低 位移的產(chǎn)生和泄漏。然而，這些設計沒有提到解決有限厚度的問題。
另一種解決方案是增加絕緣層來防止泄漏問題。絕緣層的增加 可以降低通過勢壘層的泄漏，并且用于這個目的的典型層是氧化v洼，氮化 硅，藍寶石，或其他絕緣體，置于AlGaN和金屬柵極層之間。這種類型的 器件經(jīng)常參考自 一種金屬絕緣物半導體異質結構場效應晶體管 (MISHFET),并且具有一些沒有絕緣層的傳統(tǒng)器件所沒有的優(yōu)點。
雖然附加的絕^彖層能夠形成較厚的應變的AlGaN/GaN系統(tǒng)， 但是由于GaN/絕緣體界面上電子產(chǎn)生的散射效應，由附加絕緣層產(chǎn)生的限 制層導致了較低的載流量。同時，附加的絕緣層可以允許較厚的應變的AlGaN/GaN系統(tǒng)的構成。同樣，AlGaN層和絕緣體之間的附加界面還導致 界面陷阱狀態(tài)的產(chǎn)生，減緩了器件的響應。氧化物的附加厚度，加上兩層 之間的附加界面，也導致了使用更大的柵極驅動電壓來開關該器件。
常規(guī)器件的設計使用氮材料來獲得名義上的截止器件，該器件 依靠該附加絕緣體作為限制層，并且可能減少或消除頂部的AlGaN層。然 而，由于GaN/絕緣體界面處的散射，這些器件典型地具有l(wèi)支j氐的載流量。
因此，需要生產(chǎn)一種名義上截止的HEMT開關器件或者是一 種具有低泄漏特性的場效應晶體管(FET)、該FET還具有較少的界面和 層，但仍能經(jīng)得起高電壓和并產(chǎn)生具有低電阻損耗的高電流密度。目前， 通過許多技術使用GaN和AlGaN合金來制備平面型器件，這些技術包括 包括MOCVD (金屬有機化學汽相沉積)以及分子束外延(MBE)和氫化 物汽相外延(HVPE)。
氮化鎵材料系統(tǒng)中的材料可以包括氮化鎵(GaN)及其合金， 比如氮化鎵鋁(AlGaN),氮化鎵銦(InGaN)和氮化鎵銦鋁(InAlGaN)。 這些材料是具有相對寬的直接帶隙的半導體化合物，該帶隙能夠允許高能 電子躍遷的發(fā)生。氮化鎵材料已經(jīng)被形成在許多不同的襯底上，包括碳化 硅(SiC)，藍寶石和硅。硅襯底是容易得到的并且相對不貴，并且硅處理 技術已經(jīng)發(fā)展得很完善。
然而，在硅襯底上形成氮化鎵材料來制造半導體器件出現(xiàn)了挑 戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)來自于硅和氮化鎵之間的晶格常數(shù)，熱膨脹和帶隙的不同。
伴隨GaN和傳統(tǒng)襯底材料之間的晶格不匹配問題在涉及GaN 和GaN合金的材料層結構中依然是普遍的。例如，GaN和AlGaN材料具 有晶;格結構，該結構有足夠大的差異從而在層間產(chǎn)生界面應變，形成壓電 極化。在許多先前的器件中，將由壓電極化產(chǎn)生的場進行控制以變更器件 的特性。AlGaN /GaN層結構中鋁含量的改變趨向于改變材;阡之間的晶格不匹配，從而獲得不同的器件特性，諸如獲得改善了的電導率或絕緣勢壘。
—種類型的器件能夠從一個名義上截止的FET器件的實現(xiàn)中 獲得很大的好處，該器件就是一個能夠作為半導體器件實現(xiàn)的雙向開關。 許多申請通過雙向開關的實現(xiàn)來獲得很大的改善，所述雙向開關是作為增 強模式器件，這是有潛力的。目前，雙向器件有些復雜并且典型地是由分 立集成電路(IC)器件組成。雖然名義上導通的III族氮化物雙向開關對 在許多應用中有優(yōu)勢，但是將更喜歡把名義上截止，或者是增強4莫式的器 件用于應用的變化，包括電機驅動和功率轉換系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明，提供了一種名義上截止或者增強模式的FET器 件，該器件在III族氮化物材料體系中實現(xiàn)，該器件可以通過對冊^l偏壓的應用來開啟。根據(jù)本發(fā)明的FET包括一個形成在底部m族氮化物材料上的頂部III族氮化物材料。這兩個III族氮化物材料具有不同的平面內(nèi)晶格 常數(shù)或者不同的帶隙。根據(jù)本發(fā)明的FET能夠承載高電流，這歸因于m 族氮化物材料體系的性質，其中壓電和自發(fā)極化場對形成2DEG做出貢獻， 該2DEG允許高載流子遷移率和大的電流通過量。
4艮據(jù)本發(fā)明的一個方面，該器件包括一種變更，這種變更產(chǎn)生 作用從而改變2DEG密度，這樣，當其柵極沒有應用偏壓時該器件是截止 的。優(yōu)選的變更是在一個III族氮化物材料(最好是頂部的III族氮化物材 料)中，在柵極下面形成一個凹槽，但可以是一個離子注入?yún)^(qū)， 一個擴散 區(qū)，氧化，或者氮化。在一個優(yōu)選的實施例中，該變更形成在頂部III族 氮化物材料中。然而，根據(jù)本發(fā)明的器件可以包括在底部III族氮化物材 津+中的一個變更。
依照本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式，形成一個具有凹槽柵極的名義上截止的開關，以便允許在柵電壓應用時，在柵極下方形成一個2DEG。當沒有電壓應用到棚-才及因此2DEG不能導通時，這個變更改變了 該2DEG的密度，^旦是當在柵極應用偏壓時，該2DEG恢復并且具備導通 的能力。
與本發(fā)明優(yōu)選的實施方式一致，提供了一個由氮化鎵材料層組 成的FET器件及操作方法，例如生長在GaN上的AlGaN,并且包括兩個 源/漏電極和一個柵電極。
有利地是，覆面層和接觸層可以生長在有源區(qū)域上方或下方。 其他已知的用于生成電才及，絕^彖層等的工藝也可應用在本發(fā)明中。
根據(jù)本發(fā)明的一個特性，提供一個好的GaN絕緣體界面來改 善載流能力，而不是在有源區(qū)提供附加的絕緣層或結構。沒有附加的絕緣 層，當在2DEG中的電子被累積起來的時候，這里描述的異質界面的外延 特性導致這些電子的遷移率更高量級。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，在III族氮化物材料體系中實 現(xiàn)的名義上截止的雙向開關提供了一個AlGaN /GaN界面為2DEG的形成 提供位置。AlGaN層中圍繞柵極接觸的區(qū)域被蝕刻掉，以便消除局部的 2DEG,從而獲得增強模式器件。依照本發(fā)明的一個特性，柵電極與任一 個源電極是等距的，該源電極為雙向開關形成載流路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，提供了一個具有雙柵極的雙向 開關，其中一個柵電極與一個源電極配對來獲得一個具有多柵極的雙向開 關。根據(jù)本發(fā)明的一個特性，將柵極周圍區(qū)域中的AlGaN層蝕刻掉從而形 成一個增強模式器件，其中AlGaN/GaN層之間的2DEG被局部消除。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個實施方式， 一種在III族氮化物材料體系 中構造FET的方法，提供用補償GaN層覆蓋襯底，該補償GaN層由AlGaN 覆蓋，并且隨后覆蓋摻雜的GaN層?？梢詫⒃摀诫s的GaN層進行蝕刻并且形成源/漏電極。將該AlGaN層蝕刻，以便在層界面處的2DEG中形成 障礙，成為一個名義上截止的開關。例如可以通過絕l彖層形成^f冊電^0并 利用適當?shù)牟牧蠈⑵浣饘倩?，例如鈦鴒(TiW)。也通過絕緣體層來形成源 /漏極接觸并對其進行金屬化處理以便提供適當?shù)慕佑|。 III族氮化物半導體材料體系中的大介質擊穿場允許構造名義 上截止的功率器件，該器件具有減少了尺寸的隔開區(qū)域。該材料體系也允 許制備器件，該器件與已知相似額定電壓的器件相比具有減少了的阻抗特 性器件的產(chǎn)生。在這里討論的GaN/AlGaN器件的情況下，與垂直的幾何 相似物相比較，在額定電壓大約是300V時，平面器件在阻抗特性方面有 大約100倍的變更。III族氮化物高電子遷移率晶體管(HEMT)器件可以利用對稱 特性來允許名義上截止的雙向開關的制造，該開關可以在不犧牲晶片面積 的情況下阻斷兩個方向的電壓。由于這個相對傳統(tǒng)開關僅在單方向上阻斷 電壓的優(yōu)點， 一個雙向開關可以代替四個單方向開關，并且可以獲得相同 的總阻抗。根據(jù)本發(fā)明，名義上截止的雙向開關的雙柵極設計允許器件中 電壓隔開區(qū)域(standoffregion)的共用。在雙柵極設計共享電壓支架區(qū)域的 位置，用來制造具有雙斥冊極的增強才莫式雙向開關的晶片面積就可以大大降 低。本發(fā)明的另一個優(yōu)點，例如， 一對名義上截止的雙向開關可以 在單一半導體結構內(nèi)實現(xiàn)，從而形成一個具有公共漏極的雙向半橋電路。 雙向半橋設置在很多應用中都是有用的，包括電機驅動系統(tǒng)和功率轉換器 以及其他已知的功率控制應用。例如，許多名義上截止的雙向開關可以通 過單一器件來實現(xiàn)，從而產(chǎn)生一個三相橋電路， 一個全橋電路或者一個半 橋電路。另外，也可以將根據(jù)本發(fā)明的器件合并到肖特基橋中。
依照本發(fā)明的一個具體實施方式
， 一個具有柵極，源極和漏極 區(qū)域的名義上截止的器件由使用一個兩層AlGaN /GaN材料來確定，從而 生成一個III族氮化物HEMT器件。源極和漏極可以根據(jù)已知的方法來形 成，包括離子注入，蝕刻移除源極和漏極上的勢壘區(qū)域以及低阻抗歐姆接 觸形成工藝的應用。該器件的特征還在于柵極接觸的低泄漏和來自勢壘層的高擊 穿場。因此，該器件與常規(guī)絕緣體相比，像Si02和SiN，提供了一個更大 的介電常數(shù)。GaN材料的高臨界場允許薄層經(jīng)得起高電壓而不發(fā)生介質擊 穿。GaN材料的介電常數(shù)大約是lO，比Si02強2.5倍。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將參考附圖從以下對其的描述中變 得清楚。


圖i是一個局部形成m族氮化物器件的剖面2展示了圖1中器件的蝕刻柵極區(qū)域
圖3展示了圖2中的器件具有一個柵才及接觸圖4是根據(jù)本發(fā)明的絕緣柵極m族氮化物器件的剖面圖
圖5是與本發(fā)明一致的具有雙柵極的m族氮化物器件的剖面
6是局部形成III族氮化物器件的剖面圖說明了根據(jù)本發(fā)明 的一種工藝圖7至11說明了根據(jù)本發(fā)明的器件中的柵極結構的變化
具體實施例方式在GaN材料器件的構造中，許多因素對該器件的功能和性能
產(chǎn)生影響。m族氮化物材料中巨大的晶格不匹配，以及很強的壓電和極化效應對III族氮化物異質結器件的電特性有重大影響。到目前為止，幾乎
所有已報告的基于GaN的HEMT均使用具有合金成分的應變的 GaN-AlGaN結，將這些結的接合處設計成降低應變，以此來避免位錯，而 這種位錯可能會成為器件長期不穩(wěn)定的原因。已^是出多種器件和體系，用 于構建異質結器件，從而控制晶格不匹配以及GaN-AlGaN結的應變。特 別將這些器件設計成利用壓電和自發(fā)極化效應的優(yōu)點，并且從而使器件長 期不穩(wěn)定最小化。典型地，GaN/AlGaN HEMT器件具有三個端子，包括柵極， 漏極和源極端子，用來控制電功率流。施加在柵極端子上的電位控制電流， 1吏其通過導電溝道從漏極端子流向源極端子。該導電溝道由兩種不同半導 體材料之間的至少 一個異質界面來確定。當AlGaN/GaN材料組成HEMT中的半導體材料時，以及使用 AlGaN作為勢壘層時，出現(xiàn)了由AlGaN的自發(fā)極化特性產(chǎn)生的壓電電荷 及已知作為壓電極化場的應變誘導特性。在構建HEMT器件中，對這些場 形成的控制導致其具有不同的特性，這些特性根據(jù)這些器件如何表現(xiàn)其特 點使GaN基HEMT器件適合范圍更寬的應用。由GaN材料形成的典型HEMT器件包括一個置于溝道層上的 AlGaN勢壘層，以便誘導一個2DEG,該2DEG在溝道中產(chǎn)生高濃度電子， 從而因此增加該溝道的導電特性。由于形成在GaN/AlGaN層界面的2DEG 的存在，根本上，形成的HEMT是名義上導通的，這是因為溝道的存在允 i午源才及和漏才及之間的導通。現(xiàn)在參考圖I，將本發(fā)明中器件形成的最初階段描述為器件IO。 器件10包括一個襯底12， 一個絕緣的GaN層14和有源AlGaN層16。歐 姆接觸18形成在AlGaN層16之上作為由此形成的HEMT器件中源才及和/ 或漏極端子之間的連接。GaN/AlGaN界面15形成一個具有2DEG的導電溝道，該2DEG允許歐娟:接觸18之間有電流。器件10中的GaN層14具有一個比AlGaN層16大的平面內(nèi) 晶格常數(shù)。很明顯的是，只要界面允許形成一個供電流導通的溝道，那么
可以使用其他m族氮化物材料來形成器件io。襯底12是一個絕緣襯底， 但可以是高電阻的，并且典型地是由熟知的材料形成的，比如碳化硅，硅， 藍寶石和其他熟知的襯底材料。參考圖2和圖3，根據(jù)本發(fā)明的器件包括一個變體，該變體的 功能是改變2DEG的密度，因此該器件變成名義上截止的，也就是說2DEG 是阻斷的。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，將一個凹槽20蝕刻在AlGaN層 16中。凹槽20包括傾斜的側壁22，但是不必依照任何特定的幾何圖形來 構造。凹槽20允許將一個柵極接觸30沉積在與AlGaN層16和GaN層 14之間界面十分接近的地方。柵極接觸30由肖特基金屬組成，例如，在 由2DEG建立的溝道中，作為電流的控制端子。通過將柵極接觸30沉積 在凹槽20中，柵極接觸下方的2DEG被消除，從而阻斷器件31中的載流 溝道。在一個不活躍的狀態(tài)中，器件31在歐姆接觸18之間不導電，因為 由2DEG建立的載流溝道在柵極接觸30下方^皮阻斷。當電壓應用于柵極 30,以重建2DEG并在歐姆接觸18之間提供載流溝道時，可操作器件31 從而在歐姆接觸18載流。在一個實施例中，施加在棚4及接觸30上的使器 件31導通的電壓比閾值電壓具有更大的正向電壓，該閾值電壓與應用于 由歐娟t接觸18形成的載流電極上的最大電壓有關。柵極接觸30可以由位于AlGaN層16之上，沉積在凹槽20中 的肖特基金屬組成。由以上可知，只要層16的平面內(nèi)晶格常數(shù)小于層14 的平面內(nèi)晶格常數(shù)，AlGaN層16就可以由任意III族氮化物材料層替換。對于歐姆接觸18和柵極接觸30,器件31可以用4艮多不同的幾 何圖形來構建。例如，柵極接觸30可以是一個圍繞歐姆接觸18的肖特基接觸。也可以將柵極接觸30形成于圍繞歐姆接觸18的一部分，其具有缺 口或蝕刻區(qū)域這些缺口或區(qū)域形成用來限制器件31中特定方向或者特定 區(qū)域的電流量。歐姆接觸18和作為肖特基接觸的柵極接觸30也可以在空 間上相互隔開不同的距離，從而增加或減少擊穿電壓和開啟電阻參數(shù)。柵極接觸30下方的凹槽20阻止了柵極接觸下方2DEG的形 成，導致柵極接觸下方的鉗位電流。通過在AlGaN層16上提供一個帶凹 槽的柵極接觸，將器件31的電流電壓特性進行改變從而獲得一個名義上 截止而不是名義上導通的器件。因此，器件31運行于增強模式，而不是 耗盡模式，并且允許使用器件31作為高功率開關，該開關在啟動時不需 要補償，以便當控制電路系統(tǒng)中加電的時候避免導通。另外，由于器件31 是增強模式的器件，也可以將器件31用于控制啟動時的功率輸出。也就 是，器件31也可以用作為一個邏輯功率元件在啟動和普通運^ft時控制功 率流?，F(xiàn)在參考圖4,本發(fā)明中另一個實施方式顯示了作為器件41 的本發(fā)明的一個替代的實施方式。器件41與器件31實質上是相似的，除 了柵極接觸40是由絕緣層42上的導電材料形成的。因此，斥冊極、接觸是絕 緣接觸而不是肖特基接觸，并且能包括任意形式的金屬導體來對柵極進行 操作。對器件41的操作與對器件31的搡作實質上是相同的，柵極40下 的2DEG^^皮阻斷來形成一個名義上截止的器件。應用于棚4及接觸40的電 壓造成柵極接觸40下面2DEG的形成，這個電壓比應用于任何歐姆接觸 18上的電壓大，并且器件41可以在歐姆接觸18之間傳導電流。絕緣層 42也允許獲得良好的密封和減少的泄漏?，F(xiàn)在參考圖5，本發(fā)明的另一個實施方式被描述為器件56。器 件56是一個具有兩個柵電極50, 52的雙向場效應晶體管。如器件31和 41, 4冊4及50和52形成在AlGaN層16的凹槽中來4是供一個名義上截止的開關。也就是說，柵電極50和52各自局部阻斷柵極接觸下方的2DEG, 從而阻斷由界面15提供的導通溝道。當兩個柵極接觸50, 52凈皮觸發(fā)時， 允許載流電極54， 55之間的導通。例如，兩4冊極接觸50, 52獲4尋的電位 比任意電流承載電極54, 55的大，以便在柵電極50， 52下形成2DEG, 從而在電極54, 55之間形成完整的導通溝道。
通過絕緣層51， 53柵極接觸50, 52與AlGaN層16絕緣，并 且這兩個接觸可由任何導電材料組成。換句話說，柵極接觸50， 52可以 是肖特基金屬接觸，與器件31中的柵極接觸30相似。在這種情況下，由 任意具有比層14小的平面內(nèi)晶格常數(shù)III族氮化物材料組成的片冊極接觸 50, 52將能夠與AlGaN層16直接接觸。
雙向器件56提供電極54， 55之間平衡的電流傳導，當其與各 自的柵極接觸50， 52的間隔維持相等時。換句話說，通過在電極54和柵 極接觸50之間形成與電極55和柵極接觸52之間相等距離的方式，能夠 平衡擊穿電壓，導通電阻及其他開關特性，這樣不論電流是從電極54流 向電極55還是相反，器件56的運行實質上是相同的。有源柵極是指表示 通過高于閾值電壓的電壓對柵極進行操作，從而使開關轉換狀態(tài)。有源柵 極還是指表示在一個名義上截止的器件中該柵極處于允許電流導通的狀 態(tài)。
柵極接觸50, 52二者被觸發(fā)以便允許電流從電極54, 55流入 /出。如果柵極接觸50， 52二者或其中之一沒有被觸發(fā)，在電極54, 55之 間就沒有電流。因此，雙向器件56作為一個邏輯功率與門來操作，其中 僅當兩個"輸入"都是有效時開關才是有源的，也就是柵極接觸50, 52 是有源的。器件56因此可以被用作功率邏輯器件，對于啟動時和普通運 行條件下的功率控制是特別有用的。另外，通過對故障事件的才僉測和功率 控制，可以使用器件56響應來對故障條件進行偵測或響應。
現(xiàn)在參考圖6，描述了用于制造器件60的工藝，可以使用該工 藝用來加工形成器件56。將一個光致抗蝕劑層62應用于62 III族氮化物 勢壘層16上，并將開口 64, 65形成在光致抗蝕劑層62上。開口 64, 65 具有傾斜的側壁來允許一個蝕刻工序從而將傾斜的幾何圖形轉移到III族 氮化物勢壘層16上。圖2中描述的傾斜的側壁22可以根據(jù)該工藝來形成。 典型地，III族氮化物勢壘層16由AlGaN組成，同時與光致抗蝕劑層62 和開口 64， 65 —起使用一個適當?shù)奈g刻工藝從而確定了具有傾斜側壁的 層16中的凹槽。
歐姆接觸，肖特基接觸，絕緣層和金屬接觸的構建根據(jù)該工藝 來執(zhí)行。另外，鈍化層和覆蓋層可以應用在這里描述的增強模式晶體管中， 還應用用于形成載流電極和柵極接觸的工藝從而提供一個完成的器件。
由于器件56包括兩個沖冊極接觸50， 52，因此產(chǎn)生的雙向開關 具有一個共享的漂移區(qū)，/人而允許器件56具有一個減小的尺寸。由于器 件56在尺寸上減小了 ，減小的開啟阻抗也可以實現(xiàn)。
典型地，用于建造器件31, 41和56的III族氮化物材料特征 上相對常規(guī)材料展示出更好的阻斷特性，因此由該材料建造的器件，在保 持運行參數(shù)值時，相對常規(guī)材料建造的尺寸更小。由于器件31, 41和56 相對常規(guī)器件可以更小的尺寸來實現(xiàn)而執(zhí)行相當?shù)墓δ?，所以減小的開啟 阻抗可以被實現(xiàn)來獲得改善的功率效率。
另外，電極54, 55可以由一個低阻抗歐姆接觸工序來形成， 來進一步變更器件56的工作特性。
雖然這里描述的優(yōu)選的變更是一個形成在m族氮化物材料4冊 極下方的凹槽，但是根據(jù)本發(fā)明的器件變化可以是一個離子注入?yún)^(qū)域，一 個擴散區(qū)域，氧化，或氮化。
同樣，在優(yōu)選的實施例中，該變更形成在III族氮化物材料的頂部。然而，依照本發(fā)明的器件可以包^"一個在III族氮化物材料底部的變更。例如，離子可以被注入到GaN層中想要得到變化的2DEG的位置， 并且然后AlGaN層可以生長在GaN層上。
現(xiàn)在參考圖7，依照一個變體，根據(jù)本發(fā)明的器件可以包括一 個離子注入?yún)^(qū)70。離子注入?yún)^(qū)70包括晶格缺陷，該缺陷用于阻斷連接結 構和其下方的2DEG。在顯示的例子中，離子注入?yún)^(qū)70可以形成在凹槽 20下方。然而凹槽20，不是必需的。
現(xiàn)在參考圖8,在另一個變體中，柵極絕緣體42可以被忽略。
下面參考圖9,柵極絕緣體42可以被一個P型GaN層72代替。 應當指出的是，區(qū)域70可以被消除。還應當知道，參照示于圖9中變體 的器件不需要凹槽20。
下面參考圖10,在另一個變體中，P型GaN層72可以被清除， 并且代替AlGaN16中區(qū)域74的可以凈皮氧化，氮化，或者是用摻雜劑來擴 散。同樣，該變體中的凹槽20也可以被忽略。
這種變更不必形成在AlGaN16中。相反，它可以形成在GaN14 內(nèi)部。例如，參考圖11,依照本發(fā)明的器件可以包括一個形成在柵電極40 下方GaN14中的P摻雜區(qū)域76。區(qū)域76摻雜了 P型摻雜劑。通過AlGaNl6, 標準注入和退火工序可以被用來形成區(qū)域76,或者區(qū)域76可以被形成在 GaN14內(nèi)，并且然后被另一層GaN覆蓋，然后是AlGaN。用來形成區(qū)域 76的P型摻雜劑可以是鎂，鐵，鉻，鋅，鎂或鋅，它們將會是優(yōu)選的摻雜 劑。
雖然本發(fā)明已經(jīng)描述了其中相對特殊的實施例，但是i午多其他 變化和變更以及其他應用相對本領域4支術來it是顯而易見的。因此，更好 的是本發(fā)明不能由這里具體公開的內(nèi)容來限制，僅能由附加的權利要求來 限制。
權利要求
1. 一種增強模式III族氮化物器件，包括形成在第一III族氮化物材料和第二III族氮化物材料之間界面的導通溝道，這二種III族氮化物材料具有不同的平面內(nèi)晶格常數(shù)或不同的帶隙；耦合至溝道的載流電極，以承載溝道電流；耦合至溝道并且可操作的柵電極，以影響傳導通道從而允許或者禁止傳導溝道中的電流傳導；和形成于III族氮化物層中的一個上的變更，這樣當柵電極不活躍的時候，界面上的傳導溝道被阻斷。
2. 根據(jù)權利要求l的器件，變更形成在第一III族氮化物材料中。
3. 根據(jù)權利要求l的器件，其中變更形成在第二III族氮化物材料中。
4. 根據(jù)權利要求1的器件，其中的柵極是一個肖特基接觸。
5. 根據(jù)權利要求1的器件，進一步包括柵電極和一個III族氮化物層之 間的絕緣層。
6. 根據(jù)權利要求1的器件，其中變更可以是凹槽，離子注入?yún)^(qū)域，擴 散，氧化，或者是氮化。
7. 根據(jù)權利要求5的器件，其中柵電極是導電材料。
8. 根據(jù)權利要求1的器件，其中導電溝道是由二維電子氣形成的。
9. 根據(jù)權利要求l的器件，其中的變更是一個具有傾斜邊的凹槽。
10. 根據(jù)權利要求1的器件，其中的變更是一個具有變化濃度曲線的注 入?yún)^(qū)域。
11. 根據(jù)權利要求i的器件，其中的載流電極為一個in族氮化物層提 供歐姆接觸。
12. 根據(jù)權利要求i的器件，進一步包括置于柵電極和一個m族氮化 物材料之間的第三in族氮化物材料。
13. 根據(jù)權利要求1的器件，進一步包括與溝道耦合的第二電流承載電極用來承載溝道電流，其中通過該溝道，電流能夠在兩個載流電極之間流動。
14. 根據(jù)權利要求1的器件，進一步包括一個與溝道耦合的第二柵電 極，用來允許或阻止溝道的導通。
15. 根據(jù)權利要求13的器件，進一步包括一個與溝道耦合的第二柵電 極，用來允許或阻止溝道中的電流導通。
16. 根據(jù)權利要求15的器件，其中每一個柵電極與相應的載流電極間 隔開。
17. 根據(jù)權利要求16的器件，其中柵電極和栽流電極之間的間距對每 一個柵電極和相應的載流電極來說實質上是恒定的。
18. 根據(jù)權利要求1的器件，其中的第一III族氮化物材料是AlGaN， 第二 III族氮化物材料是GaN。
19. 一種用于選擇性地允許電流的半導體器件，包括 一個襯底；一個襯底上的GaN層； 一個GaN層上的AlGaN層；一種形成在AlGaN層上的變更，用來阻斷形成在AlGaN層和GaN層 之間界面上的導通溝道；和一個形成在凹槽中的4冊電才及，用于控制導通溝道從而允許或阻止溝道 中的電流導通。
全文摘要
Ⅲ族氮化物開關包括一個帶凹槽的柵極接觸，來產(chǎn)生一個名義上截止的、或者是一個增強模式的器件。通過提供一個帶凹槽的柵極接觸，當柵電極不活躍而阻止器件中的電流時，形成在兩個Ⅲ族氮化物材料界面上的導通溝道被阻斷。該柵電極可以是一個肖特基接觸或者是一個絕緣的金屬接觸。兩個柵電極可以被提供來形成一個具有名義上截止特性的雙向開關。形成在柵電極上的凹槽具有傾斜的側面。該柵電極以很多幾何形狀來形成，與器件的載流電極相連接。
文檔編號H01L29/08GK101273458SQ200580006925
公開日2008年9月24日 申請日期2005年1月24日 優(yōu)先權日2004年1月23日
發(fā)明者羅伯特·比克 申請人:國際整流器公司