[发明专利]采用耗尽模式GaN基FET的串叠电路

说明书

本申请是申请日为2008年3月20日、名称为“采用耗尽模式GaN基FET的串叠电路”的第200880009064.0号发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

该申请涉及与其同日提交的序列号为No.11/725,823且名为“Termination and Contact Structures For A High Voltage GaN-Based Heterojunction Transistor”的共同待决美国专利申请，并且通过引用将其内容合并于此。

该申请还涉及与其同日提交的序列号为No.11/725,820且名为“High-Voltage GaN-Based Heterojunction Transistor Structure and Method ofForming Same”的共同待决美国专利申请，并且通过引用将其内容合并于此。

技术领域

本发明大体上涉及诸如GaN基FET的III族氮化物化合物半导体FET，更具体来讲，涉及采用耗尽模式GaN基FET并且用作增强模式FET的电路。

背景技术

使用诸如GaN、AlGaN、InGaN、AlGaN、AlInGaN等宽带隙半导体的GaN基FET作为高功率应用的功率器件已经备受关注，这是因为它们的导通电阻比使用Si或GaAs的FET在大小上小一个或者更多数量级，由此可以以更大电流在更高温度下操作并且可以经受高压应用。

在图1中示出了传统的GaN基FET的一个实例。如所示出的，在诸如蓝宝石衬底的半绝缘衬底91上形成异质结结构。该异质结结构包括GaN缓冲层92，例如，未掺杂的GaN层93和未掺杂的AlGaN层94，其中，未掺杂的AlGaN层94通常比未掺杂的GaN层93薄得多。未掺杂的GaN层93用作沟道层。可选的，在未掺杂的AlGaN层94上设置两个n-AlGaN接触层95。源极电极S和漏极电极D布置在它们各自的接触层95上。栅极电极G形成在未掺杂的AlGaN层94上，并且位于源极电极S和漏极电极D之间。如果在源极电极S和漏极电极D与下面的半导体层之间可以建立满意的欧姆接触，则接触层95可以不是必需的。

通过在具有大带隙的AlGaN层和具有较窄带隙的GaN层之间的异质结界面上形成量子阱，GaN基FET器件能够将电子迁移率最大化。结果，电荷被捕获在量子阱里。通过未掺杂的GaN层中的二维电子气96来表现所捕获的电子。通过向栅极电极施加电压来控制电流量，栅极电极与半导体肖特基接触，以使得电子沿着源极电极和漏极电极之间的沟道流动。

即使当栅极电压为0时，在沟道中也将产生电子，这是因为形成了从衬底向着器件表面延伸的压电场。因此，GaN基FET用作耗尽模式（即，常导通型）器件。出于多种原因，期望的是提供增强模式（即，常截止型）GaN基FET。例如，当采用耗尽模式FET作为功率源极的开关器件时，必须连续向栅极电极施加至少等于栅极阈值的偏置电压，以保持开关处于截止状态。这样的布置会消耗过多的功率。另一方面，如果采用增强模式FET，则即使在没有施加电压的情况下也可以保持开关处于截止状态，由此消耗的功率较少。遗憾的是，虽然已经尝试制造GaN基增强模式FET，但是通常不令人满意，这是由于存在诸如导通状态电导差且击穿电压差的问题。

发明内容

根据本发明，一种电路包括输入漏极节点、输入源极节点和输入栅极节点。该电路还包括具有源极、漏极和栅极的III族氮化物耗尽模式FET，其中，耗尽模式FET的栅极联接到使耗尽模式FET保持在其导通状态的电势。另外，该电路还包括具有源极、漏极和栅极的增强模式FET。耗尽模式FET的源极串联联接到增强模式FET的漏极。耗尽模式FET的漏极用作输入漏极节点，增强模式FET的源极用作输入源极节点，并且增强模式FET的栅极用作输入栅极节点。

根据本发明的一个方面，III族氮化物可以包括GaN。

根据本发明的另一个方面，耗尽模式FET可以是额定电压大于约100V的高压FET。

根据本发明的另一个方面，III族氮化物耗尽模式FET可以包括：衬底；第一有源层，所述第一有源层设置在所述衬底的上方；以及第二有源层，所述第二有源层设置在所述第一有源层上。所述第二有源层具有比所述第一有源层高的带隙，使得在所述第一有源层和所述第二有源层之间产生二维电子气层。在所述第二有源层上设置快闪层，并且在所述快闪层上设置源极接触、栅极接触和漏极接触。