[发明专利]具有栅极堆叠中的隧道二极管的IIIA族氮化物HEMT

说明书

本申请涉及具有栅极堆叠中的隧道二极管的IIIA族氮化物HEMT。一种增强型高电子迁移率晶体管(HEMT)(150)包括：衬底(102)、衬底上的IIIA族氮化物有源层(104)、有源层上的IIIA族氮化物阻挡层(106)以及至少一个隔离区域(115)，该隔离区域穿过阻挡层以在有源层上提供具有阻挡层的隔离有源区。阻挡层上存在p型GaN层(116)。栅极堆叠中的隧道二极管(110)包括n型GaN层(110b)、InGaN层(110a)和p型GaN层，其中InGaN层在p型GaN层上，n型GaN层在InGaN层上。栅电极(114)在n型GaN层上方。具有漏极触点的漏极(120)位于阻挡层上以提供对有源层的接触，并且具有源极触点的源极(122)位于阻挡层上以提供对有源层的接触。隧道二极管提供栅极触点以消除直接对p型GaN层形成栅极触点的需要。

技术领域

所公开的实施例涉及IIIA族氮化物(例如，氮化镓)高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)。

背景技术

氮化镓(GaN)是用于电子器件的常用的IIIA族氮化物材料，其中IIIA族元素(诸如Ga(以及硼、铝、铟和铊))有时也被称为13族元素。GaN是二元IIIA/V族直接带隙半导体，其具有纤锌矿晶体结构。室温下相对宽的带隙3.4eV(相比之下，硅在室温下具有1.1eV的带隙)赋予其特殊性能，从而广泛应用于光电子以及高功率和高频率电子器件。

已知基于GaN的HEMT的特征在于具有不同带隙的两种材料之间的结以形成异质结(或“异质结构”)。HEMT结构基于非常高的电子迁移率，其被描述为二维电子气(2DEG)，由于压电效应和自然极化效应，该2DEG刚好形成在普通固有有源层(其通常包含GaN)上的阻挡层(其通常包含AlGaN)之间的异质结构界面以下。正如任何功率场效应晶体管(FET)器件那样，存在栅极、源电极和漏电极，其中源电极和漏电极各自包括触点，这些触点通常延伸穿过阻挡层的一部分以形成与有源层的表面中的下方2DEG的低电阻欧姆触点。

已知的增强型(E型)IIIA族氮化物HEMT通常利用金属栅极与阻挡层之间的p型GaN来提供增强型操作(阈值电压(V_T)>0，因此正常情况下其截止)。镁(Mg)是在IIIA族氮化物材料中使用的用于掺杂该p型GaN层的常用的p型掺杂剂种类。

发明内容

提供本发明内容以便以简化形式介绍所公开的概念的简单的选择，这些概念将在以下具体实施方式包括提供的附图中进一步被描述。本发明内容不旨在限制要求保护的主题的范围。

所公开的实施例认识到，已知的E型IIIA族氮化物HEMT利用Mg掺杂的GaN层作为金属栅极和阻挡层之间的p型GaN层以提供E型操作，其展现出不良的掺杂效率。该不良的掺杂效率是由于以下原因导致的：由作为掺杂剂的Mg在Ga中的深度性质(对于在Ga晶格格点上的Mg，在室温下通常为0.2eV或更大)导致的低电离百分比，使得高浓度的Mg需要在GaN中产生足够的空穴密度，并且Mg掺杂的GaN层的总导电率通常依然低。结果，为Mg掺杂的GaN层制造统一的低电阻栅极触点是困难的并且通常需要特殊金属栅极材料(诸如，Pd、Ni、Pt和铟锡氧化物(ITO))以稍微降低串联栅极电阻，这些材料通常不能用于基于硅的制造设施中。

所公开的E型IIIA族氮化物HEMT在栅极堆叠中增加隧道二极管，消除了直接对Mg掺杂的GaN层或其他p型GaN层形成栅极触点的需要。隧道二极管使得使用E型IIIA族氮化物HEMT的栅极的n型触点来代替p型触点。这提供了能够使用常规栅电极材料(诸如在硅制造中通常可用的Ti或Al)的优点。