化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法。化合物半導(dǎo)體器件包括：由化合物半導(dǎo)體形成的電子渡越層；以及形成為覆蓋電子渡越層的電極，其中在電子渡越層和電極之間插入有絕緣膜，其中電子渡越層的在電極下方的部分形成為使得具有第一極性面的第一化合物半導(dǎo)體和具有第二極性面的第二化合物半導(dǎo)體交替布置，并且在第一極性面中的極化電荷與在第二極性面中的極化電荷具有相反的極性。
【專利說(shuō)明】化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文中所討論的實(shí)施方案涉及化合物半導(dǎo)體器件以及用于制造該化合物半導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于氮化物半導(dǎo)體具有例如表現(xiàn)出高飽和電子速度和寬帶隙等的特性，所以已經(jīng)研究了基于利用這樣的特性而將氮化物半導(dǎo)體應(yīng)用于具有高擊穿電壓和高功率的半導(dǎo)體器件。例如，作為氮化物半導(dǎo)體的GaN的帶隙為3.4eV，其大于Si的帶隙(1.1eV)和GaAs的帶隙(1.4eV);因而，GaN表現(xiàn)出高擊穿場(chǎng)強(qiáng)。因此，GaN是用于在高電壓下操作并且輸出高功率的功率半導(dǎo)體器件的高度實(shí)用的材料。
[0003]已經(jīng)報(bào)道了利用氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件，例如場(chǎng)效應(yīng)晶體管，特別是高電子遷移率晶體管(HEMT)。在利用GaN的HEMT(GaN-HEMT)中，例如，其中GaN用于電子渡越層并且AlGaN用于電子供給層的AlGaN/GaN-HEMT正引起關(guān)注。
[0004]在AlGaN/GaN-HEMT中，由于GaN與AlGaN之間的晶格常數(shù)差而在AlGaN中產(chǎn)生應(yīng)變。應(yīng)變導(dǎo)致壓電極化，并且壓電極化以及在AlGaN和GaN之間的自發(fā)極化差導(dǎo)致高濃度二維電子氣(2DEG)。因此，期望將AlGaN/GaN-HEMT應(yīng)用于高效開關(guān)器件和具有高擊穿電壓的功率器件，以及用在例如電動(dòng)車輛中。
[0005]以下文獻(xiàn)中公開了相關(guān)技術(shù):日本公開特許公報(bào)第2010-263011號(hào)；0.Ambacher,J.Smart, J.R.Shealy, N.G.Weimann, K.Chu, M.Murphy, ff.J.Schaff, L.F.Eastman,R.Dimitrov, L.Wittmer, M.Stutzmann, ff.Rieger 和 J.Hilsenbeck, Journal of AppliedPhysics, 85，3222，1999 ;以及K.Matocha，T.P.Chow和 R.J.Gutmann，IEEE ELECTRON DEVICELETTERS,第 23 卷，第 79 頁(yè)，2002 年。
[0006]在AlGaN/GaN-HEMT中，大量電子存在于溝道中，因此甚至在未施加?xùn)艠O電壓的狀態(tài)下，在溝道中也有電流流動(dòng)；換言之，該現(xiàn)象為常通模式下的操作。為了中斷電流的這種流動(dòng)，向柵電極施加負(fù)電壓。為了將GaN-HEMT用作具有高擊穿電壓的功率器件，在故障安全方面，GaN-HEMT理想地以如下常斷模式進(jìn)行操作:其中，在未施加?xùn)艠O電壓的狀態(tài)下，在溝道中沒有電流流動(dòng)。
[0007]金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)GaN-HEMT已經(jīng)被開發(fā)為可以以常斷模式進(jìn)行操作的GaN-HEMT ;具體地，GaN用于電子渡越層，并且在電子渡越層上方形成有柵電極，其中在電子渡越層和柵電極之間插入柵極絕緣膜。在GaN-HEMT中，GaN通常用于形成表面(上表面)為Ga面(其為c面(0001))的電子渡越層。在這種情況下，在電子渡越層與柵極絕緣膜的界面的附近生成負(fù)的自發(fā)極化電荷。
[0008]這樣的自發(fā)極化電荷隨著溫度的升高而顯著改變?，F(xiàn)有的GaN-HEMT具有閾值電壓的高溫依賴性問題。
[0009]圖1A示出現(xiàn)有GaN-MOS 二極管的一個(gè)例子的C-V特性，并且圖1B示出在現(xiàn)有GaN-MOS 二極管的該例子中的在平帶電壓與溫度之間的關(guān)系(測(cè)量的Vfb)以及理論曲線(理想的Vfb)。從圖1A清楚可見，C-V曲線隨著溫度的升高向右側(cè)移動(dòng)。這表明負(fù)的自發(fā)極化電荷隨著溫度的升高而增加。如圖1B所示，盡管平帶電壓的溫度依賴性理論上非常弱，但是負(fù)的自發(fā)極化電荷的溫度依賴性顯著增加了平帶電壓的溫度依賴性，這帶來(lái)了問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本文中所討論的實(shí)施方案提供了一種化合物半導(dǎo)體器件，該化合物半導(dǎo)體器件能夠大幅降低閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性從而良好地穩(wěn)定閾值電壓和平帶電壓，并且該化合物半導(dǎo)體器件在常斷模式下具有高可靠性和高耐受電壓。
[0011]本文中所討論的實(shí)施方案也提供了一種用于制造這樣的化合物半導(dǎo)體器件的方法。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，化合物半導(dǎo)體器件包括:由化合物半導(dǎo)體形成的電子渡越層；以及形成為覆蓋電子渡越層的電極，其中在電子渡越層和電極之間插入有絕緣膜，其中電子渡越層的在電極下方的部分形成為使得具有第一極性面的第一化合物半導(dǎo)體和具有第二極性面的第二化合物半導(dǎo)體交替布置，并且第一極性面中的極化電荷與第二極性面中的極化電荷具有相反的極性。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1A和圖1B示出現(xiàn)有GaN-MOS 二極管的特性；
[0014]圖2A至圖2C為依次示出用于制造根據(jù)第一實(shí)施方案的GaN-HEMT的過(guò)程的示意性截面圖；
[0015]圖3A至圖3C為依次示出用于制造根據(jù)第一實(shí)施方案的GaN-HEMT的后續(xù)過(guò)程的示意性截面圖；
[0016]圖4A和圖4B為依次示出用于制造根據(jù)第一實(shí)施方案的GaN-HEMT的后續(xù)過(guò)程的示意性截面圖；
[0017]圖5A和圖5B為示出用于制造根據(jù)第一實(shí)施方案的GaN-HEMT的過(guò)程的示意性俯視圖；
[0018]圖6為示意性示出在根據(jù)第一實(shí)施方案的GaN-HEMT中的在柵電極下方的區(qū)域的放大截面圖；
[0019]圖7A至圖7D示出用于在改變位于柵電極下方的Ga面GaN層和N面GaN層的寬度的情況下分析自發(fā)極化電荷的中和的模擬結(jié)果；
[0020]圖8示出在圖7A至圖7D中的模擬中獲得的C-V特性；
[0021]圖9示出在根據(jù)第一實(shí)施方案的GaN-HEMT與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)之間的閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性的比較結(jié)果；
[0022]圖1OA至圖1OC為依次示出用于制造根據(jù)第二實(shí)施方案的GaN-HEMT的過(guò)程的示意性截面圖；
[0023]圖1lA至圖1lC為依次示出用于制造根據(jù)第二實(shí)施方案的GaN-HEMT的后續(xù)過(guò)程的示意性截面圖；
[0024]圖12A和圖12B為依次示出用于制造根據(jù)第二實(shí)施方案的GaN-HEMT的后續(xù)過(guò)程的示意性截面圖；[0025]圖13A和圖13B為示出用于制造根據(jù)第二實(shí)施方案的GaN-HEMT的過(guò)程的示意性俯視圖；
[0026]圖14為示意性地示出在根據(jù)第二實(shí)施方案的GaN-HEMT中的在柵電極下方的區(qū)域的放大截面圖；
[0027]圖15示出在根據(jù)第二實(shí)施方案的GaN-HEMT與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)之間的閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性的比較結(jié)果；
[0028]圖16A至圖16C為依次示出用于制造根據(jù)第三實(shí)施方案的GaN-HEMT的過(guò)程的示意性截面圖；
[0029]圖17A至圖17C為依次示出用于制造根據(jù)第三實(shí)施方案的GaN-HEMT的后續(xù)過(guò)程的示意性截面圖；
[0030]圖18A和圖18B為依次示出用于制造根據(jù)第三實(shí)施方案的GaN-HEMT的后續(xù)過(guò)程的示意性截面圖；
[0031]圖19A和圖19B為示出用于制造根據(jù)第三實(shí)施方案的GaN-HEMT的過(guò)程的示意性俯視圖；
[0032]圖20示出在根據(jù)第三實(shí)施方案的GaN-HEMT與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)之間的閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性的比較結(jié)果；
[0033]圖21A至圖21C為依次示出用于制造根據(jù)第四實(shí)施方案的GaN-HEMT的過(guò)程的示意性截面圖；
[0034]圖22A至圖22C為依次示出用于制造根據(jù)第四實(shí)施方案的GaN-HEMT的后續(xù)過(guò)程的示意性截面圖；
[0035]圖23A和圖24B為依次示出用于制造根據(jù)第四實(shí)施方案的GaN-HEMT的后續(xù)過(guò)程的示意性截面圖；
[0036]圖24A和圖24B為示出用于制造根據(jù)第四實(shí)施方案的GaN-HEMT的過(guò)程的示意性俯視圖；
[0037]圖25示出在根據(jù)第四實(shí)施方案的GaN-HEMT與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)之間的閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性的比較結(jié)果；
[0038]圖26為示出根據(jù)第五實(shí)施方案的電源設(shè)備的常規(guī)構(gòu)造的示意圖；以及
[0039]圖27為示出根據(jù)第六實(shí)施方案的高頻放大器的常規(guī)構(gòu)造的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]第一實(shí)施方案
[0041]第一實(shí)施方案公開了作為利用氮化物半導(dǎo)體的化合物半導(dǎo)體器件的GaN-HEMT。圖2A至圖4B為依次示出用于制造根據(jù)第一實(shí)施方案的GaN-HEMT的過(guò)程的示意性截面圖。圖5A和圖5B為分別對(duì)應(yīng)于圖2C和圖4B的示意性俯視圖。
[0042]如圖2A所示，在Si襯底I上形成緩沖層2。例如準(zhǔn)備Si襯底I作為生長(zhǎng)襯底。代替Si襯底1，可以使用SiC襯底、藍(lán)寶石襯底、GaAs襯底、GaN襯底或其它襯底。襯底可以是半絕緣襯底或?qū)щ娨r底。通過(guò)例如金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)，在Si襯底I上將AlN生長(zhǎng)到約IOnm至IOOnm的厚度。在AlN的生長(zhǎng)中，將三甲基鋁(TMAl)氣體和氨(NH3)氣體的混合氣用作源氣體。NH3氣體的流量約在IOOccm至IOLM的范圍內(nèi)。生長(zhǎng)壓力約在50托至300托的范圍內(nèi)，并且生長(zhǎng)溫度約在1000°C至1200°C的范圍內(nèi)。在這些條件下形成緩沖層2?？梢允褂梅肿邮庋?MBE)或其它技術(shù)來(lái)代替MOVPE。在緩沖層2的形成中，AlGaN可以代替A1N，或者可以在低溫下生長(zhǎng)GaN。
[0043]然后，如圖2B所示，在緩沖層2中形成凹槽2a。具體地，按照預(yù)定間隔以條紋圖案在緩沖層2的部分中形成多個(gè)(在第一實(shí)施方案的圖示中為兩個(gè))凹槽2a，使得凹槽2a具有與下文將描述的柵電極的縱向方向(柵極寬度方向)基本平行的縱向方向，其中緩沖層2的上述部分對(duì)應(yīng)于待生長(zhǎng)N面GaN層的位置。每個(gè)凹槽2a的寬度為大約不大于0.1 μ m。術(shù)語(yǔ)“N面”是指作為具有c-(000-1)的平面取向的N面的表面(上表面)。在這種情況下，設(shè)置有符號(hào)的表述“c-”和“-1”被分別用作上述“c”和“I”的同義詞。為了形成凹槽2a，在緩沖層2上施加抗蝕劑，然后通過(guò)光刻來(lái)處理抗蝕劑以形成抗蝕劑掩模。利用抗蝕劑掩模對(duì)緩沖層2進(jìn)行干法蝕刻。以此方式，在緩沖層2中形成凹槽2a，使得在凹槽2a的底部處露出Si襯底I的表面。
[0044]然后，如圖2C和圖5A所示，將電子渡越層3形成為覆蓋緩沖層2。圖2C對(duì)應(yīng)于沿圖5A中的虛線IIC-1IC截取的截面。具體地，通過(guò)MOVPE將GaN生長(zhǎng)至約Iym的厚度以覆蓋緩沖層2。在GaN的生長(zhǎng)中，將三甲基鎵(TMGa)氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體。NH3氣體的流量約在IOOccm至IOLM的范圍內(nèi)。生長(zhǎng)壓力約在50托至300托的范圍內(nèi)，并且生長(zhǎng)溫度約在1000°C至1200°C的范圍內(nèi)。在這些條件下形成電子渡越層3?？梢允褂肕BE或其它技術(shù)來(lái)代替MOVPE。
[0045]生長(zhǎng)在緩沖層2的AlN上的GaN具有Ga面，生長(zhǎng)在例如Si上的GaN具有N面。在第一實(shí)施方案中，在緩沖層2上生長(zhǎng)Ga面GaN，在緩沖層2中形成的凹槽2a的底部處露出的Si襯底I上生長(zhǎng)N面GaN。Ga面GaN在緩沖層2上生長(zhǎng)至約I μ m的厚度。在相鄰凹槽2a之間的區(qū)域中，Ga面GaN生長(zhǎng)為使其以基本平行于柵極寬度方向的條紋圖案進(jìn)行布置，并且每個(gè)條紋具有不大于0.1 μ m的寬度。N面GaN生長(zhǎng)為使得填充凹槽2a并且以基本平行于柵極寬度方向的條紋圖案進(jìn)行布置，其中每個(gè)條紋具有從凹槽2a的上邊緣起約I μ m的厚度并且具有不大于0.1 μ m的寬度。如上所述生長(zhǎng)Ga面GaN層3a和N面GaN層3b，并且以自組織方式形成電子渡越層3。緩沖層2和電子渡越層3構(gòu)成層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。
[0046]然后，如圖3A所示，形成柵極絕緣膜4。具體地，在電子渡越層3上沉積絕緣材料例如Si02。通過(guò)例如化學(xué)氣相沉積(CVD)法將SiOjX積至約40nm的厚度。通過(guò)光刻和干法蝕刻來(lái)處理所沉積的SiO2，使得SiO2留在待形成柵電極的位置處。以這種方式形成柵極絕緣膜4。可以沉積例如SiN、Al203、Al的氮化物或Al的氧氮化物來(lái)代替Si02。
[0047]在這種情況下，可以通過(guò)例如原子層沉積(ALD)法、等離子CVD法或?yàn)R射法來(lái)沉積Al2O30可以使用Al的氮化物或Al的氧氮化物來(lái)代替Al2O315此外，為了形成柵極絕緣膜4，可以使用S1、Hf、Zr、T1、Ta或W的氧化物、氮化物或氧氮化物，或者可以采用S1、Hf、Zr、T1、Ta或W的氧化物、氮化物或氧氮化物的適當(dāng)組合來(lái)形成多層結(jié)構(gòu)。
[0048]然后，如圖3B所示，在電子渡越層3中形成雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b。具體地，將η型雜質(zhì)離子(例如，在這種情況下為硅(Si))注入電子渡越層3的如下部分中:該部分位于柵極絕緣膜4兩側(cè)上并且待在該部分上分別形成源電極和漏電極，其中Si的濃度不小于IX 102°/cm3。以此方式,在電子渡越層3中形成雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b。[0049]然后，形成器件隔離結(jié)構(gòu)。具體地，將例如氬(Ar)注入到層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的器件隔離區(qū)域中。以此方式，在層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10和Si襯底I的表面上形成器件隔離結(jié)構(gòu)。器件隔離結(jié)構(gòu)在層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10上限定有源區(qū)。代替上述離子注入，可以通過(guò)例如淺溝槽隔離(STI)法來(lái)形成器件隔離結(jié)構(gòu)。在這種情況下，將例如氯基蝕刻氣體用于層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的干法蝕刻。
[0050]然后，如圖3C所示，形成源電極6和漏電極7。具體地，在電子渡越層3和柵極絕緣膜4的表面上施加抗蝕劑，并且通過(guò)光刻來(lái)處理抗蝕劑以形成露出雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b的開口。以此方式，形成具有這樣的開口的抗蝕劑掩模。通過(guò)例如氣相沉積技術(shù)在抗蝕劑掩模上并且在露出雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b的開口中沉積電極材料如Ti/Al。將Ti沉積至約20nm的厚度，并且將Al沉積至約200nm的厚度。通過(guò)剝離技術(shù)將抗蝕劑掩模和沉積在抗蝕劑掩模上的Ti/Al移除。然后，例如在氮?dú)夥障乱约s400°C到1000°C (例如約600°C )對(duì)Si襯底I進(jìn)行退火，使得剩余的Ti/Al與雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b成為歐姆接觸。在一些情況下不必執(zhí)行退火，前提是Ti/Al與雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b成為歐姆接觸。以此方式，分別在雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b上形成源電極6和漏電極7。
[0051 ] 然后，如圖4A所示，形成柵電極8。具體地，在電子渡越層3的表面上施加抗蝕劑，使得該抗蝕劑覆蓋柵極絕緣膜4、源電極6以及漏電極7，并且然后通過(guò)光刻來(lái)處理抗蝕劑以形成露出柵極絕緣膜4的開口。以此方式，形成具有這樣的開口的抗蝕劑掩模。通過(guò)例如氣相沉積技術(shù)在抗蝕劑掩模上并且在露出柵極絕緣膜4的開口中沉積電極材料例如Ni/Au。將Ni沉積至約30nm的厚度，并且將Au沉積至約400nm的厚度。通過(guò)剝離技術(shù)將抗蝕劑掩模以及沉積在抗蝕劑掩模上的Ni/Au移除。通過(guò)此過(guò)程，在柵極絕緣膜4上形成柵電極8。
[0052]然后，如圖4B和圖5B所示，形成保護(hù)膜9。在圖5B中，省略了柵極絕緣膜4和柵電極8的圖示。圖4B對(duì)應(yīng)于沿圖5B中的虛線IVB-1VB截取的截面。具體地，通過(guò)例如CVD法來(lái)沉積絕緣材料例如SiO2,以填充在源電極6和柵電極8之間以及在漏電極7和柵電極8之間的全部空間。通過(guò)光刻和干法蝕刻來(lái)處理所沉積的SiO2，使得SiO2留在源電極6和柵電極8之間以及在漏電極7和柵電極8之間。以此方式，保護(hù)膜9形成為使得填充在源電極6和柵電極8之間以及在漏電極7和柵電極8之間的空間。
[0053]在第一實(shí)施方案中，如圖5B所示，其中平行地交替布置Ga面GaN層3a和N面GaN層3b的方向Al (交替方向)與其中電流在電子渡越層3的介于源電極6和漏電極7之間的部分中流動(dòng)的方向A2基本平行。
[0054]然后，通過(guò)例如用于提供連接至源電極6、漏電極7以及柵電極8的布線的過(guò)程，完成第一實(shí)施方案的GaN-HEMT的制造。
[0055]圖6為示意性示出第一實(shí)施方案的GaN-HEMT中的在柵電極8下方的區(qū)域的放大截面圖，并且圖6中的圖示對(duì)應(yīng)于沿圖5B中的虛線IV-1V截取的截面。如圖6所示，在第一實(shí)施方案的GaN-HEMT中，在柵電極8下方(柵極絕緣膜4的正下方)交替布置多個(gè)Ga面GaN層3a和多個(gè)N面GaN層3b。由于GaN的自發(fā)極化，所以在Ga面GaN層3a中靠近其表面處存在負(fù)的自發(fā)極化電荷，并且在N面GaN層3b中靠近其表面處存在具有與負(fù)的自發(fā)極化電荷相反的極性的正的自發(fā)極化電荷。該結(jié)構(gòu)使在柵極絕緣膜4的正下方由GaN的自發(fā)極化所生成的電荷能夠總體上基本平衡并且被中和。在這種情況下，甚至當(dāng)溫度改變時(shí)，Ga面GaN層3a中的自發(fā)極化電荷的變化和N面GaN層3b中的自發(fā)極化電荷的變化基本相同。因此，自發(fā)極化電荷的中和消除了 GaN-HEMT中的閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性。
[0056]在第一實(shí)施方案的GaN-HEMT中，在柵極絕緣膜4下方的自發(fā)極化電荷在未施加?xùn)艠O電壓的狀態(tài)下進(jìn)行中和；因此，施加漏極電壓不會(huì)導(dǎo)致電流流動(dòng)，并且因而該晶體管處于斷開模式，這使得能夠以常斷模式進(jìn)行操作。相反，在向柵電極8施加正電壓的情況下，在電子渡越層3中與柵極絕緣膜4的界面附近處積累二維電子氣(2DEG)，并且因此施加漏極電壓導(dǎo)致電流流動(dòng)，使得該晶體管進(jìn)入導(dǎo)通模式。
[0057]現(xiàn)在將描述在第一實(shí)施方案的柵電極8下方的自發(fā)極化電荷的中和的詳細(xì)分析結(jié)果。通過(guò)如下模擬(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(TACD)計(jì)算)來(lái)分析自發(fā)極化電荷的中和:在該模擬中，改變圖5B中Ga面GaN層3a和N面GaN層3b在柵電極8下方的寬度L。在模擬中，采用電極金屬/Al2O3A1-GaN的結(jié)構(gòu)。Al2O3的厚度為40nm,并且作為η型摻雜劑的n_GaN的濃度為lX1015/cm3。自發(fā)極化電荷定義為以IX IO1Vcm3的濃度存在于Al203/GaN界面處的正固定電荷和負(fù)固定電荷。金屬電極為Ti電極(功函數(shù):4.25eV)。
[0058]圖7A至圖7D示出模擬的結(jié)果。圖7A示出未生成自發(fā)極化電荷的情況(現(xiàn)有技術(shù))，并且圖7B至圖7D示出寬度L分別為ΙμπκΟ.2μπι以及0.Ιμπι的情況。在圖7Β中，電子密度不均勻，并且在圖7C中電子密度仍然在一定程度上不均勻。在圖7D中，電子濃度基本均勻。從這些結(jié)果的評(píng)估清楚的是，不大于0.1 μπι的寬度L能夠得到基本均勻的電子
山/又ο
[0059]圖8示出模擬中獲得的C-V特性。參照?qǐng)D8，在Ga面GaN層3a和N面GaN層3b的寬度L為Ιμπι的情況下，C-V曲線以兩級(jí)上升。因此，該C-V曲線示出耗盡狀態(tài)出現(xiàn)兩次并且電荷未中和。相反，寬度L的減少導(dǎo)致C-V特性接近未生成自發(fā)極化電荷時(shí)獲得的C-V特性。因此，從計(jì)算結(jié)果清楚可見，不大于0.1 μ m的寬度L能夠使自發(fā)極化電荷中和。第一實(shí)施方案給出其中寬度L不大于0.1 μπι的電子渡越層的實(shí)例。
[0060]將第一實(shí)施方案的GaN-HEMT中的閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性與具有現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的GaN-HEMT中的閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性相比較，并且圖9示出了其結(jié)果。在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，電子渡越層僅包括Ga面GaN。如圖9所示，與具有現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的GaN-HEMT相t匕，在其中由于電子渡越層具有第一實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)而使自發(fā)極化電荷中和的GaN-HEMT中，閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性減小80%至90%。
[0061]如上所述，第一實(shí)施方案的GaN-HEMT能夠大幅降低閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性從而良好地穩(wěn)定閾值電壓和平帶電壓，并且該GaN-HEMT在常斷模式下具有高可靠性和聞?chuàng)舸╇妷骸?br>
[0062]第二實(shí)施方案
[0063]盡管第二實(shí)施方案與第一實(shí)施方案一樣公開了 GaN-HEMT的結(jié)構(gòu)以及用于制造該GaN-HEMT的方法，但是第二實(shí)施方案與第一實(shí)施方案在電子渡越層的結(jié)構(gòu)上不同。與第一實(shí)施方案中所使用的相同的部件用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)，并且省略其詳細(xì)描述。圖1OA至圖12B為依次示出制造根據(jù)第二實(shí)施方案的GaN-HEMT的過(guò)程的示意性截面圖。圖13A和圖13B為分別對(duì)應(yīng)于圖1OC和圖12B的示意性俯視圖。
[0064]如圖1OA所示，在Si襯底I上形成緩沖層2。通過(guò)例如MOVPE在Si襯底I上將AlN生長(zhǎng)到約IOnm至IOOnm的厚度。在AlN的生長(zhǎng)中，將TMAl氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體。NH3氣體的流量約在IOOccm至IOLM的范圍內(nèi)。生長(zhǎng)壓力大約在50托至300托的范圍內(nèi)，并且生長(zhǎng)溫度大約在1000°C至1200°C的范圍內(nèi)。在這些條件下形成緩沖層2?？梢允褂肕BE或其它技術(shù)來(lái)代替MOVPE。在緩沖層2的形成中，AlGaN可以代替A1N，或者可以在低溫下生長(zhǎng)GaN。
[0065]然后，如圖1OB所示，在緩沖層2中形成凹槽2b。具體地，按照預(yù)定間隔以條紋圖案在緩沖層2的部分中形成多個(gè)(在第二實(shí)施方案的圖示中為兩個(gè))凹槽2b，使得凹槽2b具有與下文將描述的柵電極的縱向方向(柵極寬度方向)基本垂直的縱向方向，其中緩沖層2的上述部分對(duì)應(yīng)于待生長(zhǎng)N面GaN層的位置。每個(gè)凹槽2b的寬度為大約不大于0.1 μ m。為了形成凹槽2b，在緩沖層2上施加抗蝕劑，然后通過(guò)光刻來(lái)處理抗蝕劑以形成抗蝕劑掩模。利用抗蝕劑掩模對(duì)緩沖層2進(jìn)行干法蝕刻。以此方式，在緩沖層2中形成凹槽2b，使得在凹槽2b的底部處露出Si襯底I的表面。
[0066]然后，如圖1OC和圖13A所示，將電子渡越層3形成為覆蓋緩沖層2。圖1OC對(duì)應(yīng)于沿圖13A中的虛線XC-XC截取的截面。具體地，通過(guò)MOVPE將GaN生長(zhǎng)至約Iym的厚度以覆蓋緩沖層2。在GaN的生長(zhǎng)中，將TMGa氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體。NH3氣體的流量約在IOOccm至IOLM的范圍內(nèi)。生長(zhǎng)壓力約在50托至300托的范圍內(nèi)，并且生長(zhǎng)溫度大約在1000°C至1200°C的范圍內(nèi)。在這些條件下形成電子渡越層3?？梢允褂肕BE或其它技術(shù)來(lái)代替MOVPE。
[0067]生長(zhǎng)在緩沖層2的AlN上的GaN具有Ga面，而生長(zhǎng)在例如Si上的GaN具有N面。在第二實(shí)施方案中，在緩沖層2上生長(zhǎng)Ga面GaN，而在緩沖層2中形成的凹槽2b的底部處露出的Si襯底I上生長(zhǎng)N面GaN。Ga面GaN在緩沖層2上生長(zhǎng)至約I μ m的厚度。在相鄰凹槽2b之間的區(qū)域中，Ga面GaN生長(zhǎng)為使其以基本垂直于柵極寬度方向的條紋圖案進(jìn)行布置，并且每個(gè)條紋具有不大于0.1 μ m的寬度。N面GaN生長(zhǎng)為使得填充凹槽2b并且以基本垂直于柵極寬度方向的條紋圖案進(jìn)行布置，其中每個(gè)圖案具有從凹槽2b的上邊緣起約I μ m的厚度并且具有不大于0.1 μ m的寬度。如上所述生長(zhǎng)Ga面GaN層3a和N面GaN層3b，并且以自組織方式形成電子渡越層3。緩沖層2和電子渡越層3構(gòu)成層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。
[0068]然后，如圖1IA所示，形成柵極絕緣膜4。具體地，在電子渡越層3上沉積絕緣材料例如SiO2。通過(guò)例如CVD法將SiO2沉積至約40nm的厚度。通過(guò)光刻和干法蝕刻來(lái)處理所沉積的SiO2，使得SiO2留在待形成柵電極的位置處。以此方式形成柵極絕緣膜4?？梢猿练e例如SiN、Al203、Al的氮化物或Al的氧氮化物來(lái)代替Si02。
[0069]在這種情況下，可以通過(guò)例如ALD法、等離子CVD法或?yàn)R射法來(lái)沉積Al2O315可以使用Al的氮化物或Al的氧氮化物來(lái)代替Al2O315此外，為了形成柵極絕緣膜4，可以使用S1、Hf、Zr、T1、Ta或W的氧化物、氮化物或氧氮化物，或者可以采用S1、Hf、Zr、T1、Ta或W的氧化物、氮化物或氧氮化物的適當(dāng)組合來(lái)形成多層結(jié)構(gòu)。
[0070]然后，如圖1lB所示，在電子渡越層3中形成雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b。具體地，將η型雜質(zhì)離子(例如，在這種情況下為硅(Si))注入到電子渡越層3的如下部分中:該部分位于柵極絕緣膜4的兩側(cè)上并且待在該部分上分別形成源電極和漏電極，其中Si的濃度不小于IX 102°/cm3。以此方式,在電子渡越層3中形成雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b。[0071]然后，形成器件隔離結(jié)構(gòu)。具體地，將例如氬(Ar)注入到層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的器件隔離區(qū)域中。以此方式，在層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10和Si襯底I的表面上形成器件隔離結(jié)構(gòu)。器件隔離結(jié)構(gòu)在層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10上限定有源區(qū)。代替上述離子注入，可以通過(guò)例如STI法來(lái)形成器件隔離結(jié)構(gòu)。在這種情況下，將例如氯基蝕刻氣體用于層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的干法蝕刻。
[0072]然后，如圖1lC所示，形成源電極6和漏電極7。具體地，在電子渡越層3和柵極絕緣膜4的表面上施加抗蝕劑，并且通過(guò)光刻來(lái)處理抗蝕劑以形成露出雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b的開口。以此方式，形成具有這樣的開口的抗蝕劑掩模。通過(guò)例如氣相沉積技術(shù)在抗蝕劑掩模上并且在露出雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b的開口中沉積電極材料如Ti/Al。將Ti沉積至約20nm的厚度，并且將Al沉積至約200nm的厚度。通過(guò)剝離技術(shù)將抗蝕劑掩模和沉積在抗蝕劑掩模上的Ti/Al移除。然后，例如在氮?dú)夥障乱约s400°C到1000°C (如約600°C )對(duì)Si襯底I進(jìn)行退火，使得剩余的Ti/Al與雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b成為歐姆接觸。在一些情況下不必執(zhí)行退火，前提是Ti/Al與雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b成為歐姆接觸。以此方式，分別在雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b上形成源電極6和漏電極7。
[0073]然后，如圖12A所示，形成柵電極8。具體地，在電子渡越層3的表面上施加抗蝕齊U，使得抗蝕劑覆蓋柵極絕緣膜4、源電極6以及漏電極7，并且然后通過(guò)光刻來(lái)處理抗蝕劑以形成露出柵極絕緣膜4的開口。以此方式，形成具有這樣的開口的抗蝕劑掩模。通過(guò)例如氣相沉積技術(shù)在抗蝕劑掩模上并且在露出柵極絕緣膜4的開口中沉積電極材料例如Ni/Au。將Ni沉積至約30nm的厚度，并且將Au沉積至約400nm的厚度。通過(guò)剝離技術(shù)將抗蝕劑掩模以及沉積在抗蝕劑掩模上的Ni/Au移除。通過(guò)此過(guò)程，在柵極絕緣膜4上形成柵電極8。
[0074]然后，如圖12B和圖13B所示，形成保護(hù)膜9。在圖13B中，省略了柵極絕緣膜4和柵電極8的圖示。圖12B對(duì)應(yīng)于沿圖13B中的虛線XIIB-XIIB截取的截面。具體地，通過(guò)例如CVD法沉積絕緣材料例如SiO2,以填充在源電極6和柵電極8之間以及在漏電極7和柵電極8之間的全部空間。通過(guò)光刻和干法蝕刻來(lái)處理所沉積的SiO2，使得SiO2留在源電極6和柵電極8之間以及在漏電極7和柵電極8之間。以此方式，保護(hù)膜9形成為使得填充在源電極6和柵電極8之間以及在漏電極7和柵電極8之間的空間。
[0075]在第二實(shí)施方案中，如圖13B所示，其中平行地交替布置Ga面GaN層3a和N面GaN層3b的方向Al (交替方向)與其中電流在電子渡越層3的介于源電極6和漏電極7之間的部分中流動(dòng)的方向A2基本上垂直。與在第一實(shí)施方案中一樣，第二實(shí)施方案的Ga面GaN層3a和N面GaN層3b各自具有不大于0.1 μ m的寬度。
[0076]然后，通過(guò)例如用于提供連接至源電極6、漏電極7以及柵電極8的布線的過(guò)程，完成第二實(shí)施方案的GaN-HEMT的制造。
[0077]圖14為示意性示出第二實(shí)施方案的GaN-HEMT中的在柵電極8下方的區(qū)域的放大截面圖，并且圖14中的圖示對(duì)應(yīng)于沿圖13B中的虛線XIV-XIV截取的截面。如圖14所示，在第二實(shí)施方案的GaN-HEMT中，在柵電極8下方(柵極絕緣膜4的正下方)交替布置多個(gè)Ga面GaN層3a和多個(gè)N面GaN層3b。由于GaN的自發(fā)極化，所以在Ga面GaN層3a中靠近其表面處存在負(fù)的自發(fā)極化電荷，并且在N面GaN層3b中靠近其表面處存在正的自發(fā)極化電荷。此結(jié)構(gòu)使在柵極絕緣膜4的正下方由GaN的自發(fā)極化所生成的電荷能夠總體上基本平衡并且進(jìn)行中和。在這種情況下，甚至當(dāng)溫度改變時(shí)，Ga面GaN層3a中的自發(fā)極化電荷的變化基本上和N面GaN層3b中的自發(fā)極化電荷的變化相同。因此，自發(fā)極化電荷的中和消除了 GaN-HEMT中的閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性。
[0078]在第二實(shí)施方案的GaN-HEMT中，在柵極絕緣膜4下方的自發(fā)極化電荷在未施加?xùn)艠O電壓的狀態(tài)下進(jìn)行中和；因此，施加漏極電壓不會(huì)導(dǎo)致電流流動(dòng)，并且因而該晶體管處于斷開模式，這使得能夠以常斷模式進(jìn)行操作。相反，在向柵電極8施加正電壓的情況下，在電子渡越層3中與柵極絕緣膜4的界面附近處積累二維電子氣(2DEG)，并且因此施加漏極電壓導(dǎo)致電流流動(dòng)，使得該晶體管進(jìn)入導(dǎo)通模式。
[0079]將第二實(shí)施方案的GaN-HEMT中的閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性與具有現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的GaN-HEMT中的閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性相比較，并且圖15示出了其結(jié)果。在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，電子渡越層僅包括Ga面GaN。如圖15所示，與具有現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的GaN-HEMT相比，在其中由于電子渡越層具有第二實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)而使自發(fā)極化電荷中和的GaN-HEMT中，閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性減小80%至90%。
[0080]在第二實(shí)施方案中，如圖13B所示，Ga面GaN層3a和N面GaN層3b的交替方向Al與電流在電子渡越層3的介于源電極6和漏電極7之間的部分中流動(dòng)的方向A2基本垂直。在這種情況下，甚至當(dāng)通過(guò)Ga面GaN層3a和N面GaN層3b的彼此具有相反極性的自發(fā)極化電荷而改變電勢(shì)時(shí)，在源電極6和漏電極7之間移動(dòng)的2DEG沒有擴(kuò)散。因此，導(dǎo)通電阻降低而遷移率未劣化。
[0081]如上所述，第二實(shí)施方案的GaN-HEMT能夠大幅降低閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性從而良好地穩(wěn)定閾值電壓和平帶電壓，該GaN-HEMT能夠降低導(dǎo)通電阻并且在常斷模式下具有高可靠性和高擊穿電壓。
[0082]第三實(shí)施方案
[0083]盡管第三實(shí)施方案與第一實(shí)施方案一樣公開了 GaN-HEMT的結(jié)構(gòu)以及用于制造該GaN-HEMT的方法，但是第三實(shí)施方案與第一實(shí)施方案在電子渡越層的結(jié)構(gòu)上不同。與第一實(shí)施方案中所使用的相同的部件用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)，并且省略其詳細(xì)描述。圖16A至圖18B為依次示出用于制造根據(jù)第三實(shí)施方案的GaN-HEMT的過(guò)程的示意性截面圖。圖19A和圖19B為分別對(duì)應(yīng)于圖16C和圖18B的示意性俯視圖。
[0084]如圖16A所示，在Si襯底I上形成緩沖層2。通過(guò)例如MOVPE在Si襯底I上將AlN生長(zhǎng)到約IOnm至IOOnm的厚度。在AlN的生長(zhǎng)中，將TMAl氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體。NH3氣體的流量約在IOOccm至IOLM的范圍內(nèi)。生長(zhǎng)壓力約在50托至300托的范圍內(nèi)，并且生長(zhǎng)溫度約在1000°C至1200°C的范圍內(nèi)。在這些條件下形成緩沖層2。可以使用MBE或其它技術(shù)來(lái)代替M0VPE。在緩沖層2的形成中，AlGaN可以代替A1N，或者可以在低溫下生長(zhǎng)GaN。
[0085]然后，如圖16B所示，在緩沖層2中形成凹槽2a和2c。按照預(yù)定間隔以條紋圖案在緩沖層2的部分中形成多個(gè)(在第三實(shí)施方案的圖示中為兩個(gè))凹槽2a，使得凹槽2a具有與下文將描述的柵電極的縱向方向(柵極寬度方向)基本平行的縱向方向，緩沖層2的上述部分對(duì)應(yīng)于待生長(zhǎng)N面GaN層的位置。每個(gè)凹槽2a的寬度為約不大于0.Ιμπι。與凹槽2a平行地形成凹槽2c，使得露出Si襯底I的表面的部分，該露出部分包括待形成漏電極的位置。為了形成凹槽2a和凹槽2c，在緩沖層2上施加抗蝕劑，然后通過(guò)光刻來(lái)處理抗蝕劑以形成抗蝕劑掩模。利用抗蝕劑掩模對(duì)緩沖層2進(jìn)行干法蝕刻。以此方式，在緩沖層2中形成凹槽2a和凹槽2c，使得在凹槽2a和凹槽2c的底部處露出Si襯底I的表面。
[0086]然后，如圖16C和圖19A所示，將電子渡越層3形成為覆蓋緩沖層2。圖16C對(duì)應(yīng)于沿圖19A中的虛線XVIC-XVIC截取的截面。具體地，通過(guò)MOVPE將GaN生長(zhǎng)至約Ιμπι的厚度以覆蓋緩沖層2。在GaN的生長(zhǎng)中，將TMGa氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體。NH3氣體的流量約在IOOccm至IOLM的范圍內(nèi)。生長(zhǎng)壓力約在50托至300托的范圍內(nèi)，并且生長(zhǎng)溫度約在1000°C至1200°C的范圍內(nèi)。在這些條件下形成電子渡越層3?？梢允褂肕BE或其它技術(shù)來(lái)代替MOVPE。
[0087]生長(zhǎng)在緩沖層2的AlN上的GaN具有Ga面，生長(zhǎng)在例如Si上的GaN具有N面。在第三實(shí)施方案中，在緩沖層2上生長(zhǎng)Ga面GaN，而在緩沖層2中形成的凹槽2a和2c的底部處露出的Si襯底I上生長(zhǎng)N面GaN。Ga面GaN在緩沖層2上生長(zhǎng)至約I μ m的厚度。在相鄰凹槽2a之間的區(qū)域中生長(zhǎng)Ga面GaN，使其以基本平行于柵極寬度方向的條紋圖案進(jìn)行布置，并且每個(gè)條紋具有不大于0.1 μ m的寬度。N面GaN生長(zhǎng)為使得填充凹槽2a和凹槽2c并且以基本平行于柵極寬度方向的條紋圖案進(jìn)行布置，其中每個(gè)圖案具有從凹槽2a和2c的上邊緣起約I μ m的厚度并且具有不大于0.1 μ m的寬度。如上所述生長(zhǎng)Ga面GaN層3a和N面GaN層3b，并且以自組織方式形成電子渡越層3。緩沖層2和電子渡越層3構(gòu)成層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。
[0088]然后，如圖17A所示，形成柵極絕緣膜4。具體地，在電子渡越層3上沉積絕緣材料例如SiO2。通過(guò)例如CVD法將SiO2沉積至約40nm的厚度。通過(guò)光刻和干法蝕刻來(lái)處理所沉積的SiO2，使得SiO2留在待形成柵電極的位置處。以這種方式形成柵極絕緣膜4?？梢猿练e如SiN、Al203、Al的氮化物或Al的氧氮化物來(lái)代替Si02。
[0089]在這種情況下，可以通過(guò)例如ALD法、等離子CVD法或?yàn)R射法來(lái)沉積Al2O315可以使用Al的氮化物或Al的氧氮化物來(lái)代替Al2O315此外，為了形成柵極絕緣膜4，可以使用S1、Hf、Zr、T1、Ta或W的氧化物、氮化物或氧氮化物，或者可以采用S1、Hf、Zr、T1、Ta或W的氧化物、氮化物或氧氮化物的適當(dāng)組合來(lái)形成多層結(jié)構(gòu)。
[0090]然后，如圖17B所示，在電子渡越層3中形成雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b。具體地，將η型雜質(zhì)離子(例如，在這種情況下為硅(Si))注入到電子渡越層3的如下部分中:該部分位于柵極絕緣膜4兩側(cè)上并且待在該部分上分別形成源電極和漏電極，其中Si的濃度不小于lX102°/cm3。以此方式，在電子渡越層3上形成雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b。由于源電極待形成為覆蓋Ga面GaN層3a，所以在Ga面GaN層3a中形成雜質(zhì)擴(kuò)散層5a。由于漏電極待形成為覆蓋N面GaN層3b，所以在N面GaN層3b中形成雜質(zhì)擴(kuò)散層5b。
[0091]然后，形成器件隔離結(jié)構(gòu)。具體地，將例如氬(Ar)注入到層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的器件隔離區(qū)域中。以此方式，在層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10和Si襯底I的表面上形成器件隔離結(jié)構(gòu)。器件隔離結(jié)構(gòu)在層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10上限定有源區(qū)。代替上述離子注入，可以通過(guò)例如STI法來(lái)形成器件隔離結(jié)構(gòu)。在這種情況下，將例如氯基蝕刻氣體用于層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的干法蝕刻。
[0092]然后，如圖17C所示，形成源電極6和漏電極7。具體地，在電子渡越層3和柵極絕緣膜4的表面上施加抗蝕劑，并且通過(guò)光刻來(lái)處理抗蝕劑以形成露出雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b的開口。以此方式，形成具有這樣的開口的抗蝕劑掩模。通過(guò)例如氣相沉積技術(shù)在抗蝕劑掩模上并且在露出雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b的開口沉積電極材料如Ti/Al。將Ti沉積至約20nm的厚度，并且將Al沉積至約200nm的厚度。通過(guò)剝離技術(shù)將抗蝕劑掩模以及沉積在抗蝕劑掩模上的Ti/Al移除。然后，例如在氮?dú)夥障乱约s400°C到1000°C (如約600°C )對(duì)Si襯底I進(jìn)行退火，使剩余的Ti/Al與雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b成為歐姆接觸。在一些情況下不必執(zhí)行退火，前提是Ti/Al與雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b成為歐姆接觸。以此方式，在形成在Ga面GaN層3a中的雜質(zhì)擴(kuò)散層5a上形成源電極6，并且在形成在N面GaN層3b中的雜質(zhì)擴(kuò)散層5b上形成漏電極7。
[0093]然后，如圖18A所示，形成柵電極8。具體地，在電子渡越層3的表面上施加抗蝕齊U，使得抗蝕劑覆蓋柵極絕緣膜4、源電極6以及漏電極7，然后通過(guò)光刻來(lái)處理抗蝕劑以形成露出柵極絕緣膜4的開口。以此方式，形成具有這樣的開口的抗蝕劑掩模。通過(guò)例如氣相沉積技術(shù)在抗蝕劑掩模上并且在露出柵極絕緣膜4的開口中沉積電極材料例如Ni/Au。將Ni沉積至約30nm的厚度，并且將Au沉積至約400nm的厚度。通過(guò)剝離技術(shù)將抗蝕劑掩模以及沉積在抗蝕劑掩模上的Ni/Au移除。通過(guò)此過(guò)程，在柵極絕緣膜4上形成柵電極8。
[0094]然后，如圖18B和圖19B所示，形成保護(hù)膜9。在圖19B中，省略了柵極絕緣膜4和柵電極8的圖示。圖18B對(duì)應(yīng)于沿圖19B中的虛線XVIIIB-XVIIIB截取的截面。具體地，通過(guò)例如CVD法來(lái)沉積絕緣材料如SiO2,以填充在源電極6和柵電極8之間以及在漏電極7和柵電極8之間的全部空間。通過(guò)光刻和干法蝕刻來(lái)處理所沉積的SiO2，使得SiO2留在源電極6和柵電極8之間以及在漏電極7和柵電極8之間。以此方式，保護(hù)膜9形成為使得填充在源電極6和柵電極8之間以及在漏電極7和柵電極8之間的空間。
[0095]在第三實(shí)施方案中，如圖19B所示，其中平行地交替布置Ga面GaN層3a和N面GaN層3b的方向Al (交替方向)與其中電流在電子渡越層3的介于源電極6和漏電極7之間的部分中流動(dòng)的方向A2基本平行。與在第一實(shí)施方案中一樣，第三實(shí)施方案的Ga面GaN層3a和N面GaN層3b各自具有不大于0.Ιμπι的寬度。
[0096]然后，通過(guò)例如用于提供連接至源電極6、漏電極7以及柵電極8的布線的過(guò)程，完成第三實(shí)施方案的GaN-HEMT的制造。
[0097]如圖18Β所示，在第三實(shí)施方案的GaN-HEMT中，在柵電極8下方(柵極絕緣膜4的正下方)交替布置有多個(gè)Ga面GaN層3a和多個(gè)N面GaN層3b。由于GaN的自發(fā)極化，所以在Ga面GaN層3a中靠近其表面處存在負(fù)的自發(fā)極化電荷，并且在N面GaN層3b中靠近其表面處存在正的自發(fā)極化電荷。該結(jié)構(gòu)使由GaN的自發(fā)極化所生成的電荷在柵極絕緣膜4的正下方能夠總體上基本平衡并且被中和。在這種情況下，甚至當(dāng)溫度改變時(shí)，Ga面GaN層3a中的自發(fā)極化電荷的變化和N面GaN層3b中的自發(fā)極化電荷的變化也基本相同。因此，自發(fā)極化電荷的中和消除了 GaN-HEMT中的閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性。
[0098]在第三實(shí)施方案的GaN-HEMT中，在柵極絕緣膜4下方的自發(fā)極化電荷在未施加?xùn)艠O電壓的狀態(tài)下被中和；因此，施加漏極電壓不會(huì)導(dǎo)致電流流動(dòng)，并且因而該晶體管處于斷開模式，這使得能夠以常斷模式進(jìn)行操作。相反，在向柵電極8施加正電壓的情況下，在電子渡越層3中與柵極絕緣膜4的界面附近處積累二維電子氣(2DEG)，并且因此施加漏極電壓導(dǎo)致電流流動(dòng)，使得該晶體管進(jìn)入導(dǎo)通模式。
[0099]將第三實(shí)施方案的GaN-HEMT中的閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性與具有現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的GaN-HEMT中的閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性相比較，并且圖20示出了其結(jié)果。在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，電子渡越層僅包括Ga面GaN。如圖20所示，與具有現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的GaN-HEMT相比，在其中由于電子渡越層具有第三實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)而使自發(fā)極化電荷中和的GaN-HEMT中，閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性減小80%至90%。
[0100]在第三實(shí)施方案中，如圖18B所示，其中存在有負(fù)的自發(fā)極化電荷的Ga面GaN層3a位于源電極6之下，并且其中存在有正的自發(fā)極化電荷的N面GaN層3b位于漏電極7之下。在電子渡越層3的介于源電極6和漏電極7之間的部分中，2DEG從源電極6流向漏電極7。因此，以上所提及的結(jié)構(gòu)增加了在源電極6和漏電極7之間流動(dòng)的2DEG的量，這導(dǎo)致導(dǎo)通電阻降低。
[0101]如上所述，第三實(shí)施方案的GaN-HEMT能夠大幅降低閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性從而良好地穩(wěn)定閾值電壓和平帶電壓，該GaN-HEMT能夠降低導(dǎo)通電阻并且在常斷模式下具有高可靠性和高擊穿電壓。
[0102]第四實(shí)施方案
[0103]盡管第四實(shí)施方案與第一實(shí)施方案一樣公開了 GaN-HEMT的結(jié)構(gòu)以及用于制造該GaN-HEMT的方法，但是第四實(shí)施方案與第一實(shí)施方案在電子渡越層的結(jié)構(gòu)上不同。與在第一實(shí)施方案中所使用的相同的部件由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)，并且省略其詳細(xì)描述。圖21A至圖23B為依次示出制造根據(jù)第四實(shí)施方案的GaN-HEMT的過(guò)程的示意性截面圖。圖24A和圖24B為分別對(duì)應(yīng)于圖21C和圖23B的示意性俯視圖。
[0104]如圖21A所示，在Si襯底I上形成緩沖層2。通過(guò)例如MOVPE在Si襯底I上將AlN生長(zhǎng)到約IOnm至IOOnm的厚度。在AlN的生長(zhǎng)中，將TMAl氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體。NH3氣體的流量約在IOOccm至IOLM的范圍內(nèi)。生長(zhǎng)壓力大約在50托至300托的范圍內(nèi)，并且生長(zhǎng)溫度大約在1000°C至1200°C的范圍內(nèi)。在這些條件下形成緩沖層2?？梢允褂肕BE或其它技術(shù)來(lái)代替MOVPE。在緩沖層2的形成中，AlGaN可以代替A1N，或者可以在低溫下生長(zhǎng)GaN。
[0105]然后，如圖21B所示，在緩沖層2中形成凹槽2d。具體地，按照預(yù)定間隔以鑲嵌圖案在緩沖層2的部分中形成多個(gè)矩形凹槽2d，使得凹槽2d具有與下文將描述的柵電極的縱向方向(柵極寬度方向)基本垂直的縱向方向，其中緩沖層2的上述部分對(duì)應(yīng)于待生長(zhǎng)N面GaN層的位置。每個(gè)凹槽2d的較短寬度為大約不大于0.Ιμπι。為了形成凹槽2d，在緩沖層2上施加抗蝕劑，然后通過(guò)光刻來(lái)處理抗蝕劑以形成抗蝕劑掩模。利用抗蝕劑掩模對(duì)緩沖層2進(jìn)行干法蝕刻。以此方式，在緩沖層2中形成凹槽2d，使得在凹槽2d的底部處露出Si襯底I的表面。
[0106]然后，如圖21C和圖24Α所示，將電子渡越層3形成為覆蓋緩沖層2。圖2IC對(duì)應(yīng)于沿圖24Α中的虛線XXIC-XXIC截取的截面。具體地，通過(guò)MOVPE將GaN生長(zhǎng)至約I μ m的厚度以覆蓋緩沖層2。在GaN的生長(zhǎng)中，將TMGa氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體。NH3氣體的流量約在IOOccm至IOLM的范圍內(nèi)。生長(zhǎng)壓力約在50托至300托的范圍內(nèi)，并且生長(zhǎng)溫度約在1000°C至1200°C的范圍內(nèi)。在這些條件下形成電子渡越層3?？梢允褂肕BE或其它技術(shù)來(lái)代替MOVPE。
[0107]生長(zhǎng)在緩沖層2的AlN上的GaN具有Ga面，生長(zhǎng)在例如Si上的GaN具有N面。在第四實(shí)施方案中，在緩沖層2上生長(zhǎng)Ga面GaN，在形成在緩沖層2中的凹槽2d的底部處露出的Si襯底I上生長(zhǎng)N面GaN。Ga面GaN在緩沖層2上生長(zhǎng)至約I μ m的厚度。在相鄰凹槽2d之間的區(qū)域中，Ga面GaN生長(zhǎng)為如下層:該層基本垂直地與柵極寬度方向相交并且具有不大于0.1 μ m的較短寬度。N面GaN以矩形形狀進(jìn)行生長(zhǎng)，使其填充凹槽2d并且基本垂直地與柵極寬度方向相交，其中每個(gè)矩形形狀具有從凹槽2d的上邊緣起約I μ m的厚度并且具有不大于0.1 μ m的較短寬度。如上所述生長(zhǎng)Ga面GaN層3a和N面GaN層3b，并且以自組織方式形成電子渡越層3。緩沖層2和電子渡越層3構(gòu)成層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。
[0108]然后，如圖22A所示，形成柵極絕緣膜4。具體地，在電子渡越層3上沉積絕緣材料如SiO2。通過(guò)例如CVD法將SiO2沉積至約40nm的厚度。通過(guò)光刻和干法蝕刻來(lái)處理所沉積的SiO2，使得SiO2留在待形成柵電極的位置處。以這種方式形成柵極絕緣膜4?？梢猿练e如SiN、Al203、Al的氮化物或Al的氧氮化物來(lái)代替Si02。
[0109]在這種情況下，可以通過(guò)例如ALD法、等離子CVD法或?yàn)R射法來(lái)沉積Al2O315可以使用Al的氮化物或Al的氧氮化物來(lái)代替Al2O315此外，為了形成柵極絕緣膜4，可以使用S1、Hf、Zr、T1、Ta或W的氧化物、氮化物或氧氮化物，或者可以采用S1、Hf、Zr、T1、Ta或W的氧化物、氮化物或氧氮化物的適當(dāng)組合來(lái)形成多層結(jié)構(gòu)。
[0110]然后，如圖22B所示，在電子渡越層3中形成雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b。具體地，將η型雜質(zhì)離子(例如，在這種情況下為硅(Si))注入到電子渡越層3的如下部分中:該部分位于柵極絕緣膜4兩側(cè)上并且待在該部分上分別形成源電極和漏電極，其中Si的濃度不小于IX 102°/cm3。以此方式,在電子渡越層3中形成雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b。
[0111]然后，形成器件隔離結(jié)構(gòu)。具體地，將例如氬(Ar)注入到層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的器件隔離區(qū)域中。以此方式，在層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10和Si襯底I的表面上形成器件隔離結(jié)構(gòu)。器件隔離結(jié)構(gòu)在層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10上限定有源區(qū)。代替上述離子注入，可以通過(guò)例如STI法來(lái)形成器件隔離結(jié)構(gòu)。在這種情況下，將例如氯基蝕刻氣體用于層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的干法蝕刻。
[0112]然后，如圖22C所示，形成源電極6和漏電極7。具體地，在電子渡越層3和柵極絕緣膜4的表面上施加抗蝕劑，并且通過(guò)光刻來(lái)處理抗蝕劑以形成露出雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b的開口。以此方式，形成具有這樣的開口的抗蝕劑掩模。通過(guò)例如氣相沉積技術(shù)在抗蝕劑掩模上并且在露出雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b的開口中沉積電極材料如Ti/Al。將Ti沉積至約20nm的厚度，并且將Al沉積至約200nm的厚度。通過(guò)剝離技術(shù)將抗蝕劑掩模和沉積在抗蝕劑掩模上的Ti/Al移除。然后，例如在氮?dú)夥障乱约s400°C到1000°C (如約600°C )對(duì)Si襯底I進(jìn)行退火，使剩余的Ti/Al與雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和雜質(zhì)擴(kuò)散層5b成為歐姆接觸。在一些情況下不必執(zhí)行退火，前提是Ti/Al與雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b成為歐姆接觸。以此方式，分別在雜質(zhì)擴(kuò)散層5a和5b上形成源電極6和漏電極7。
[0113]然后，如圖23A所示，形成柵電極8。具體地，在電子渡越層3的表面上施加抗蝕齊U，使得抗蝕劑覆蓋柵極絕緣膜4、源電極6以及漏電極7，并且然后通過(guò)光刻來(lái)處理抗蝕劑以形成露出柵極絕緣膜4的開口。以此方式，形成具有這樣的開口的抗蝕劑掩模。通過(guò)例如氣相沉積技術(shù)在抗蝕劑掩模上和露出柵極絕緣膜4的開口中沉積電極材料如Ni/Au。將Ni沉積至約30nm的厚度，并且將Au沉積至約400nm的厚度。通過(guò)剝離技術(shù)將抗蝕劑掩模以及沉積在抗蝕劑掩模上的Ni/Au移除。通過(guò)此過(guò)程，在柵極絕緣膜4上形成柵電極8。
[0114]然后，如圖23B和圖24B所示，形成保護(hù)膜9。在圖24B中，省略了柵極絕緣膜4和柵電極8的圖示。圖23B對(duì)應(yīng)于沿圖24B中的虛線XXIIIB-XXIIIB截取的截面。具體地，通過(guò)例如CVD法來(lái)沉積絕緣材料如SiO2，使其填充在源電極6和柵電極8之間以及在漏電極7和柵電極8之間的全部空間。通過(guò)光刻和干法蝕刻來(lái)處理所沉積的SiO2，使得SiO2留在源電極6和柵電極8之間以及在漏電極7和柵電極8之間。以此方式，保護(hù)膜9形成為使得填充在源電極6和柵電極8之間以及在漏電極7和柵電極8之間的空間。
[0115]在第四實(shí)施方案中，如圖24B所示，在柵電極8下方(柵極絕緣膜4正下方)以鑲嵌圖案交替布置有矩形Ga面GaN層3a和矩形N面GaN層3b。其中平行地交替布置Ga面GaN層3a和N面GaN層3b的方向Al與其中電流在電子渡越層3的介于源電極6和漏電極7之間的部分中流動(dòng)的方向A2基本垂直。與在第一實(shí)施方案中一樣,第四實(shí)施方案的Ga面GaN層3a和N面GaN層3b各自具有不大于0.1 μ m的較短寬度。
[0116]然后，通過(guò)例如用于提供連接至源電極6、漏電極7以及柵電極8的布線的過(guò)程，完成第四實(shí)施方案的GaN-HEMT的制造。
[0117]如圖24B所示，在第四實(shí)施方案的GaN-HEMT中，在柵電極8下方(柵極絕緣膜4的正下方)以鑲嵌圖案交替布置有多個(gè)Ga面GaN層3a和多個(gè)N面GaN層3b。由于GaN的自發(fā)極化，所以在Ga面GaN層3a中靠近其表面處存在負(fù)的自發(fā)極化電荷，并且在N面GaN層3b中靠近其表面處存在正的自發(fā)極化電荷。該結(jié)構(gòu)使在柵極絕緣膜4正下方由GaN的自發(fā)極化所生成的電荷能夠總體上基本平衡并且進(jìn)行中和。在第四實(shí)施方案中，多個(gè)Ga面GaN層3a和多個(gè)N面GaN層3b以鑲嵌圖案交替布置，并且因此Ga極性和N極性兩者均存在于窄區(qū)域中；因而，自發(fā)極化電荷進(jìn)一步以良好平衡的方式進(jìn)行中和。在這種情況下，甚至當(dāng)溫度改變時(shí)，Ga面GaN層3a中的自發(fā)極化電荷的變化和N面GaN層3b中的自發(fā)極化電荷的變化也基本相同。因此，自發(fā)極化電荷的中和消除了 GaN-HEMT中的閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性。
[0118]在第四實(shí)施方案的GaN-HEMT中，在柵極絕緣膜4下方的自發(fā)極化電荷在未施加?xùn)艠O電壓的狀態(tài)下進(jìn)行中和；因此，施加漏極電壓不會(huì)導(dǎo)致電流流動(dòng)，并且因而該晶體管處于斷開模式，這使得能夠以常斷模式進(jìn)行操作。相反，在向柵電極8施加正電壓的情況下，在電子渡越層3中與柵極絕緣膜4的界面附近處積累二維電子氣(2DEG)，并且因此施加漏極電壓導(dǎo)致電流流動(dòng)，使得該晶體管進(jìn)入導(dǎo)通模式。
[0119]將第四實(shí)施方案的GaN-HEMT中的閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性與具有現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的GaN-HEMT中的閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性相比較，并且圖25示出了其結(jié)果。在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，電子渡越層僅包括Ga面GaN。如圖25所示，與具有現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的GaN-HEMT相比，在其中由于電子渡越層具有第四實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)而使自發(fā)極化電荷中和的GaN-HEMT中，閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性減小至少90%。
[0120]在第四實(shí)施方案中，如圖24B所示，其中以鑲嵌圖案布置Ga面GaN層3a和N面GaN層3b的交替方向Al與其中電流在電子渡越層3的介于源電極6和漏電極7之間的部分中流動(dòng)的方向A2基本垂直。在這種情況下，甚至當(dāng)通過(guò)Ga面GaN層3a和N面GaN層3b的彼此具有相反極性的自發(fā)極化電荷而改變電勢(shì)時(shí)，在源電極6和漏電極7之間移動(dòng)的2DEG也沒有散開。因此，導(dǎo)通電阻降低而遷移率沒有劣化。
[0121]如上所述，第四實(shí)施方案的GaN-HEMT能夠大幅降低閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性從而良好地穩(wěn)定閾值電壓和平帶電壓，該GaN-HEMT能夠降低導(dǎo)通電阻并且在常斷模式下具有高可靠性和高擊穿電壓。[0122]可以將第一實(shí)施方案至第四實(shí)施方案適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合。例如，可以將第三實(shí)施方案與第四實(shí)施方案結(jié)合。在這種情況下，在柵電極8下方以鑲嵌圖案交替地布置Ga面GaN層3a和N面GaN層3b。在形成在Ga面GaN層3a中的雜質(zhì)擴(kuò)散層5a上形成源電極6,并且在形成在N面GaN層3b中的雜質(zhì)擴(kuò)散層5b上形成漏電極7。
[0123]在第一實(shí)施方案至第四實(shí)施方案中的每個(gè)實(shí)施方案中，已經(jīng)將GaN-HEMT描述為化合物半導(dǎo)體器件的實(shí)例。代替GaN-HEMT，應(yīng)用這些實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件可以為以下HEMT:在該HEMT中，使用例如AlN來(lái)代替GaN以形成電子渡越層。同樣在這種情況下，與在第一實(shí)施方案至第四實(shí)施方案中一樣，這樣的HEMT能夠大幅降低閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性從而良好地穩(wěn)定閾值電壓和平帶電壓，該HEMT能夠降低導(dǎo)通電阻并且在常斷模式下具有高可靠性和高擊穿電壓。
[0124]第五實(shí)施方案
[0125]第五實(shí)施方案公開了應(yīng)用選自第一實(shí)施方案至第四實(shí)施方案的GaN-HEMT中的GaN-HEMT的電源設(shè)備。圖26為示出根據(jù)第五實(shí)施方案的電源設(shè)備的常規(guī)構(gòu)造的示意圖。
[0126]第五實(shí)施方案的電源設(shè)備包括高壓一次電路11、低壓二次電路12以及設(shè)置在一次電路11和二次電路12之間的變壓器13。一次電路11包括交流電源14、橋式整流電路15以及多個(gè)(第五實(shí)施方案中為四個(gè))開關(guān)器件16a、16b、16c以及16d。橋式整流電路15包括開關(guān)器件16e。二次電路12包括多個(gè)(在第五實(shí)施方案中為三個(gè))開關(guān)器件17a、17b以及17c。
[0127]在第五實(shí)施方案中，一次電路11的開關(guān)器件16a、16b、16c、16d以及16e中的每個(gè)開關(guān)器件采用選自第一實(shí)施方案至第四實(shí)施方案的GaN-HEMT中的GaN-HEMT。相反，在二次電路12的開關(guān)器件17a、17b以及17c中的每個(gè)開關(guān)器件采用利用硅的現(xiàn)有金屬絕緣體半導(dǎo)體(MIS)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。
[0128]在第五實(shí)施方案中，將GaN-HEMT應(yīng)用于高壓電路，該GaN-HEMT能夠大幅降低閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性從而良好地穩(wěn)定閾值電壓和平帶電壓，該GaN-HEMT能夠降低導(dǎo)通電阻并且在常斷模式下具有高可靠性和高擊穿電壓。該構(gòu)造使電源電路能夠具有高可靠性并且表現(xiàn)出高功率。
[0129]第六實(shí)施方案
[0130]第六實(shí)施方案公開了應(yīng)用選自第一實(shí)施方案至第四實(shí)施方案的GaN-HEMT中的GaN-HEMT的功率放大器。圖27為示出根據(jù)第六實(shí)施方案的高頻放大器的常規(guī)構(gòu)造的示意圖。
[0131]第六實(shí)施方案的高頻放大器包括數(shù)字預(yù)失真電路21、混頻器22a和22b以及功率放大器23。數(shù)字預(yù)失真電路21對(duì)輸入信號(hào)的非線性失真進(jìn)行補(bǔ)償?；祛l器22a將經(jīng)受非線性失真補(bǔ)償?shù)妮斎胄盘?hào)與交流信號(hào)混合。功率放大器23將與交流信號(hào)混合的輸入信號(hào)放大，并且功率放大器23包括選自第一實(shí)施方案至第四實(shí)施方案的GaN-HEMT中的GaN-HEMT。在圖27中所示的構(gòu)造中，例如，切換操作允許混頻器22b將輸出信號(hào)與交流信號(hào)混合，并且然后將所混合的信號(hào)傳輸至數(shù)字預(yù)失真電路21。
[0132]在第六實(shí)施方案中，將GaN-HEMT應(yīng)用于高頻放大器，該GaN-HEMT能夠大幅降低閾值電壓和平帶電壓的溫度依賴性從而良好地穩(wěn)定閾值電壓和平帶電壓，該GaN-HEMT能夠降低導(dǎo)通電阻并且在常斷模式下具有高可靠性和高擊穿電壓。該構(gòu)造使高頻放大器能夠具有高可靠性和高擊穿電壓。
【權(quán)利要求】
1.一種化合物半導(dǎo)體器件，包括: 由化合物半導(dǎo)體形成的電子渡越層；以及 形成為覆蓋所述電子渡越層的電極，其中在所述電子渡越層和所述電極之間插入有絕緣膜，其中 所述電子渡越層的在所述電極下方的部分形成為使得具有第一極性面的第一化合物半導(dǎo)體和具有第二極性面的第二化合物半導(dǎo)體交替布置，并且 在所述第一極性面中的極化電荷具有與在所述第二極性面中的極化電荷相反的極性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述第一化合物半導(dǎo)體和所述第二化合物半導(dǎo)體在俯視圖中以條紋圖案平行地交替布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述第一化合物半導(dǎo)體和所述第二化合物半導(dǎo)體在俯視圖中以鑲嵌圖案交替布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述電子渡越層的位于所述電極的一側(cè)上的部分由所述第一化合物半導(dǎo)體形成并且具有作為所述第一極性面的表面，以及所述電子渡越層的位于所述電極的另一側(cè)上的部分由所述第二化合物半導(dǎo)體形成并且具有作為所述第二極性面的表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述第一化合物半導(dǎo)體和所述第二化合物半導(dǎo)體平行地交替布置的方向與其中電流在所述電子渡越層的在所述電極下方的部分中流動(dòng)的方向不平行。
6.一種用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，包括: 形成化合物半導(dǎo)體電子渡越層；以及` 形成覆蓋所述電子渡越層的電極，其中在所述電子渡越層和所述電極之間插入有絕緣膜，其中 將所述電子渡越層的在所述電極下方的部分形成為使得具有第一極性面的第一化合物半導(dǎo)體和具有第二極性面的第二化合物半導(dǎo)體交替布置，并且 在所述第一極性面中的極化電荷具有與在所述第二極性面中的極化電荷相反的極性。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一化合物半導(dǎo)體和所述第二化合物半導(dǎo)體在俯視圖中以條紋圖案平行地交替布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一化合物半導(dǎo)體和所述第二化合物半導(dǎo)體在俯視圖中以鑲嵌圖案交替布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述電子渡越層的位于所述電極的一側(cè)上的部分由所述第一化合物半導(dǎo)體形成并且具有作為所述第一極性面的表面，以及所述電子渡越層的位于所述電極的另一側(cè)上的部分由所述第二化合物半導(dǎo)體形成并且具有作為所述第二極性面的表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一化合物半導(dǎo)體和所述第二化合物半導(dǎo)體平行地交替布置的方向與其中電流在所述電子渡越層的在所述電極下方的部分中流動(dòng)的方向不平行。
11.一種電源電路,包括: 變壓器； 高壓電路；以及低壓電路，其中 所述變壓器設(shè)置在所述高壓電路和所述低壓電路之間，并且 所述高壓電路包括晶體管， 所述晶體管包括: 由化合物半導(dǎo)體形成的電子渡越層；以及 形成為覆蓋所述電子渡越層的電極，其中在所述電子渡越層和所述電極之間插入有絕緣膜，其中 所述電子渡越層的在所述電極下方的部分形成為使得具有第一極性面的第一化合物半導(dǎo)體和具有第二極性面的第二化合物半導(dǎo)體交替布置，并且 在所述第一極性面中的極化電荷具有與在所述第二極性面中的極化電荷相反的極性。
12.—種高頻放大器，所述高頻放大器將輸入的高頻電壓放大并且隨后將所放大的高頻電壓輸出，所述放大器包括: 晶體管，所述晶體管包括: 由化合物半導(dǎo)體形成的電子渡越層；以及 形成為覆蓋所述電子渡越層的電極，其中在所述電子渡越層和所述電極之間插入有絕緣膜，其中 所述電子渡越層的在所述電極下方的部分形成為使得具有第一極性面的第一化合物半導(dǎo)體和具有第二極性面`的第二化合物半導(dǎo)體交替布置，并且 在所述第一極性面中的極化電荷具有與在所述第二極性面中的極化電荷相反的極性。
【文檔編號(hào)】H03F3/189GK103681834SQ201310356243
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月21日
【發(fā)明者】朱雷, 岡本直哉 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社