[发明专利]氮化镓超结器件

说明书

技术领域

本发明涉及物理科学,更具体地说，涉及高电子迁移率晶体管结构和肖特基二极管。

背景技术

已开发出通过使用异质结产生高迁移率电子的高电子迁移率晶体管。由于氮化镓（GaN）中载流子的高饱和速度和高临界击穿电场，从而允许在不牺牲器件的导通比电阻（specific on-resistance）的情况下提高器件击穿电压，因此氮化镓器件可用于大功率、高频开关。氮化镓的大带隙还允许在高温下的器件操作。

图1示出GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的示意结构。晶体管20包括邻接氮化镓层24的氮化铝镓层22。由2D电子气（2DEG）形成的导电沟道26在源极28与漏极30之间形成。在所示晶体管中，栅极32邻接氮化铝镓层22，但是可以在栅极32下面设置绝缘体层（未示出）以形成金属绝缘体半导体（MIS）HEMT。GaN层形成在由例如硅、碳化硅或蓝宝石制成的衬底36上。在所示晶体管的氮化镓层24与衬底之间设置成核层38。该成核层可由诸如氮化镓、氮化铝镓或氮化铝的材料形成。在该结构上设置钝化层39。在图1的HEMT中，该钝化层由氮化硅构成。尽管氮化镓具有大带隙，但由于GaN的过早击穿，如针对图1所讨论的GaNHEMT器件的击穿电压被限制为2KV。

已开发出Si上GaN（GaN-on-Si）肖特基二极管，并且，由于反向恢复电荷可忽略，因此Si上GaN肖特基二极管提供快速切换。这种二极管可以包括Si(111)衬底、GaN层、位于衬底与GaN层之间的缓冲层、覆盖GaN层的钝化层、保护环以及肖特基接触。

发明内容

本发明的原理提供许高击穿电压的GaN高电子迁移率晶体管结构。示例性高电子迁移率晶体管结构包括含有多个p/n结的掺杂的氮化镓超结层以及邻接所述掺杂的氮化镓超结层的阻挡层。所述掺杂的氮化镓超结层被设置在衬底层与所述阻挡层之间。当跨栅极端子和源极端子施加电压时，在所述掺杂的氮化镓超结层与所述阻挡层的结附近在所述掺杂的氮化镓超结层中形成二维电子气沟道。钝化层覆盖所述阻挡层。在对栅电极施加电压时，通过所述掺杂的氮化镓超结层建立的电场垂直于在所述栅电极与所述漏电极之间建立的电场。

根据另一方面，一种高电子迁移率转移结构（transfer structure）包括掺杂的氮化镓超结层，该掺杂的氮化镓超结层具有小于10微米的厚度并且包括多个p/n结。所述掺杂的氮化镓超结层的整体厚度包括超结结构。所述高电子迁移率转移结构还包括硅衬底层和邻接所述掺杂的氮化镓超结层的氮化铝镓阻挡层。所述掺杂的氮化镓超结层设置在所述衬底层与所述阻挡层之间。当跨栅极端子和源极端子施加电压时，在所述掺杂的氮化镓超结层与所述阻挡层的结附近在所述掺杂的氮化镓超结层中形成二维电子气沟道。所述掺杂的氮化镓超结层能够用于抑制穿过所述硅衬底层的击穿以及所述栅极与漏电极之间的击穿。

根据另一方面，提供了一种肖特基二极管。示例性肖特基二极管包括肖特基接触、具有顶表面的衬底、以及位于所述肖特基接触与所述衬底的所述顶表面之间的掺杂的氮化镓超结层。所述掺杂的氮化镓超结层具有小于10微米的厚度并包括多个p/n结，所述掺杂的氮化镓超结层的整体厚度包括超结结构，所述p/n结相对于所述衬底的所述顶表面垂直延伸。

如在此使用的那样，“便于”某个动作包括执行动作，使动作更简单，有助于实施动作或导致动作被执行。因此，通过实例而非限制，在一个处理器上执行的指令可以便于通过发送导致或帮助执行操作的合适数据或命令来通过在远程处理器上执行的指令而实施的某个动作。为避免疑义，在动作者便于某个动作而非执行该动作时，该动作仍然由某个实体或实体组合来执行。

本发明的技术可提供大量有益的技术效应。例如，一个或多个实施例可以提供以下优点中的一个或多个：

●通过抑制穿过衬底的击穿提供高击穿电压；

●通过抑制栅极与漏极之间的击穿提供高击穿电压；

●允许将低成本Si用于高击穿电压器件。

通过结合附图阅读下面对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的这些和其它特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1示出现有技术GaN高电子迁移率晶体管的示意性示例；

图2示出根据第一示例性实施例的高电子迁移率晶体管结构的示意性示例；

图3是示出制造图2的高电子迁移率晶体管结构的示例性方法的流程图；

图4示出根据第二示例性实施例的高电子迁移率晶体管结构的示意性示例；