[发明专利]常关闭型化合物半导体隧道晶体管

权利要求书

1.一种隧道晶体管，包括：

第一化合物半导体；

第一化合物半导体上的第二化合物半导体；

第二化合物半导体上的第三化合物半导体；

第一掺杂区域，延伸通过第二化合物半导体进入第一化合物半导体中；

第二掺杂区域，与第一掺杂区域间隔分开并且延伸通过第三化合物半导体进入第二化合物半导体中，第二掺杂区域具有与第一掺杂区域相反的掺杂类型；

第一二维电荷载流子气，由于极化电荷而出现并且在第一化合物半导体中从第一掺杂区域向第二掺杂区域延伸并且在到达第二掺杂区域之前结束；

第二二维电荷载流子气，由于极化电荷而出现并且在第二化合物半导体中从第二掺杂区域向第一掺杂区域延伸并且在到达第一掺杂区域之前结束；和

第一和第二二维电荷载流子气之上的栅极。

2.根据权利要求1所述的隧道晶体管，其中第一和第二二维电荷载流子气的初始载流子浓度基于化合物半导体的铝含量和厚度是固定的，使得在没有电压施加到栅极时，在第一和第二二维电荷载流子气之间抑制隧穿。

3.根据权利要求2所述的隧道晶体管，其中栅极被配置成调整第二二维电荷载流子气的载流子浓度，使得响应于施加到栅极的电压，在栅极的长度上在第一和第二二维电荷载流子气之间发生隧穿。

4.根据权利要求1所述的隧道晶体管，其中第一掺杂区域是掺杂p型的，第二掺杂区域是掺杂n型的，第一二维电荷载流子气是二维空穴气并且第二二维电荷载流子气是二维电子气。

5.根据权利要求4所述的隧道晶体管，其中栅极被配置成响应于施加到栅极的正电压而引起在栅极的长度上在二维电子和空穴气之间的隧穿。

6.根据权利要求1所述的隧道晶体管，其中第一掺杂区域是掺杂n型的，第二掺杂区域是掺杂p型的，第一二维电荷载流子气是二维电子气并且第二二维电荷载流子气是二维空穴气。

7.根据权利要求6所述的隧道晶体管，其中栅极被配置成响应于施加到栅极的负电压而引起在栅极的长度上在二维电子和空穴气之间的隧穿。

8.根据权利要求1所述的隧道晶体管，其中第二化合物半导体相比第一和第三化合物半导体具有更低的带隙。

9.根据权利要求8所述的隧道晶体管，其中第一化合物半导体包括GaN，第二化合物半导体包括InGaN，第三化合物半导体包括GaN，第一掺杂区域是掺杂p型的并且第二掺杂区域是掺杂n型的。

10.根据权利要求1所述的隧道晶体管，其中第二化合物半导体相比第一和第三化合物半导体具有更大的带隙。

11.根据权利要求10所述的隧道晶体管，其中第一化合物半导体包括GaN，第二化合物半导体包括AlN，第三化合物半导体包括GaN，第一掺杂区域是掺杂n型的并且第二掺杂区域是掺杂p型的。

12.根据权利要求1所述的隧道晶体管，其中第一和第二二维电荷载流子气在栅极下方间隔分开10 nm或更小。

13.根据权利要求12所述的隧道晶体管，其中第一和第二二维电荷载流子气在栅极下方间隔分开5 nm或更小。

14.根据权利要求1所述的隧道晶体管，其中栅极具有面对第一掺杂区域的第一侧以及面对第二掺杂区域的第二侧，第一二维电荷载流子气在第一化合物半导体中延伸经过栅极的第二侧并且在到达第二掺杂区域之前结束，并且第二二维电荷载流子气在第二化合物半导体中延伸经过栅极的第一侧并且在到达第一掺杂区域之前结束。

15.一种半导体器件，包括常关闭型化合物半导体隧道晶体管，该常关闭型化合物半导体隧道晶体管在室温下具有高于100mA每mm栅极长度的驱动电流和低于60 mV每十倍的亚阈值斜率。

16.根据权利要求15所述的半导体器件，其中所述常关闭型化合物半导体隧道晶体管是常关闭型GaN隧道晶体管，该常关闭型GaN隧道晶体管包括操作用于控制在栅极下方彼此间隔分开的且由于极化电荷而出现的二维电子和空穴气之间的隧穿的栅极。

17.根据权利要求16所述的半导体器件，其中二维电子气相比二维空穴气更靠近栅极，并且栅极操作用于响应于施加到栅极的正电压而引起在栅极的长度上在二维电子和空穴气之间的隧穿。