[发明专利]具有高阈值电压和低导通电阻的常关型III族氮化物晶体管

权利要求书

1.一种III族氮化物晶体管，包括：

III族氮化物沟道层；

在所述沟道层上方的势垒层，所述势垒层具有1-10纳米的厚度；

在所述势垒层的顶部上的介电层；

接触所述沟道层的源极；

接触所述沟道层的漏极；

延伸通过所述介电层和势垒层并且具有位于所述沟道层内的底部的栅极沟槽；

内衬所述栅极沟槽并在所述介电层上方延伸的栅极绝缘体；和

在所述栅极沟槽中并部分地朝向所述源极和所述漏极延伸以形成集成的栅场板的栅极；

其中，所述栅极绝缘体包括：

在所述栅极沟槽的底部处的单晶AlN层；

在所述单晶AlN层上的多晶AlN层；和

在所述多晶AlN层上的包含AL₂O₃、AlON或SiN的绝缘层；并且

其中，所述沟道层和所述势垒层的界面与所述栅极沟槽的底部之间的距离大于0纳米且小于或等于5纳米。

2.根据权利要求1所述的晶体管，其中：

所述沟道层是GaN；且

所述势垒层是AlGaN。

3.根据权利要求1所述的晶体管，其中：

所述单晶AlN层为至多2nm厚；所述多晶AlN层为5nm-50nm厚；且

所述绝缘层为1nm-50nm厚。

4.根据权利要求1所述的晶体管，其中：

所述晶体管的阈值电压为至少1V；所述晶体管的导通电阻为20ohm-mm或更少；和

所述晶体管的击穿电压为至少600V。

5.根据权利要求1所述的晶体管，其中：

所述介电层为10-200纳米厚；且

所述沟道层为5纳米-2微米厚。

6.根据权利要求1所述的晶体管，进一步包括：

在所述势垒层和所述沟道层之间的至多1纳米厚的AlN分隔层。

7.一种III族氮化物晶体管，包括：

III族氮化物沟道层；

在所述沟道层上方的势垒层；

在所述势垒层的顶部上的介电层；

接触所述沟道层的源极；

接触所述沟道层的漏极；

延伸通过所述介电层和势垒层并且具有位于所述沟道层内的底部的栅极沟槽；

内衬所述栅极沟槽并在所述介电层上方延伸的栅极绝缘体，所述栅极绝缘体包括在所述栅极沟槽的底部处的单晶AlN层、在所述单晶AlN层上的多晶AlN层、和在所述多晶AlN层上的包含AL₂O₃、AlON或SiN的绝缘层；和

在所述栅极沟槽中并部分地朝向所述源极和所述漏极延伸以形成集成的栅场板的栅极。

8.根据权利要求7所述的晶体管，其中：

所述单晶AlN层为至多2nm厚；

所述多晶AlN层为5nm-50nm厚；且

所述绝缘层为1nm-50nm厚。

9.根据权利要求7所述的晶体管，其中：

所述势垒层具有1-10纳米的厚度；和

所述沟道层和所述势垒层的界面与所述栅极沟槽的底部之间的距离大于0纳米且小于或等于5纳米。

10.根据权利要求7所述的晶体管，其中：

所述沟道层是GaN；且

所述势垒层是AlGaN。

11.根据权利要求7所述的晶体管，其中：

所述晶体管的阈值电压为至少1V；

所述晶体管的导通电阻为20ohm-mm或更少；且

所述晶体管的击穿电压为至少600V。

12.根据权利要求7所述的晶体管，其中：

所述介电层为10-200纳米厚；且

所述沟道层为5纳米-2微米厚。

13.根据权利要求7所述的晶体管，进一步包括：

在所述势垒层和所述沟道层之间的至多1纳米厚的AlN分隔层。