[发明专利]具有增强模式和耗尽模式晶体管二者的单片微波集成电路

说明书

一种基于氮化镓的单片微波集成电路包括基板(110)、基板上的沟道层(130)和沟道层上的阻挡层(140)。在阻挡层的顶表面中提供凹部(412)。在阻挡层上与沟道层相对地提供第一栅电极、第一源电极和漏电极，其中，第一栅电极(210、310)的底表面与阻挡层直接接触。在阻挡层上与沟道层相对地还提供第二栅电极(410)、第二源电极(420)和第二漏电极(430)。在阻挡层中的凹部中提供栅绝缘层(412)，并且第二栅电极与阻挡层相对地在栅绝缘层上并延伸到凹部中。第一栅电极、第一源电极和第一漏电极包括耗尽模式晶体管(200、300)的电极，并且第二栅电极、第二源电极和第二漏电极包括增强模式晶体管(400)的电极。

美国政府利益声明

本发明是在国防部授予的No.11-D-5309合约下的政府支持下完成的。政府具有本发明的一定的权利。

技术领域

本文描述的本发明构思涉及集成电路器件，并且更具体地，涉及单片微波集成电路。

背景技术

功率半导体器件被广泛地用于承载大电流、支持高电压和/或在诸如射频之类的高频下操作。在本领域中已知多种多样的功率半导体器件，包括例如功率开关器件和功率放大器。使用包括例如高电子迁移率晶体管(HEMT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的各种类型的场效应晶体管来实现许多功率半导体器件。

现代功率半导体器件通常由宽带隙半导体材料制成。例如，功率HEMT可以由基于砷化镓(GaAs)的材料系统制成，或者最近，由在碳化硅(SiC)基板上形成的基于氮化镓(GaN)的材料系统制成。功率半导体器件可以被形成为分立的器件，或者被形成为形成在公共基板上以提供所谓的单片微波集成电路(MMIC)的多个器件(可以包括晶体管和诸如电阻器、电感器、电容器、传输线等之类的其它电路器件)。MMIC是指在射频和/或微波频率信号上操作的集成电路，在该集成电路中用于特定功能的所有电路系统都被集成在单个半导体芯片中。示例MMIC器件是晶体管放大器，该晶体管放大器包括全都在公共基板上实现的相关联的匹配电路、馈送网络等。MMIC晶体管放大器通常包括并联连接的多个单位单元HEMT晶体管。

与晶体管在栅-源电压为零时处于导通(ON)状态或是关断(OFF)状态对应，诸如HEMT和MOSFET之类的场效应晶体管可以被分为耗尽模式类型和增强模式类型。在增强模式器件中，器件在零栅-源电压处关断，而在耗尽模式器件中，器件在零栅-源电压处导通。HEMT通常被实现为耗尽模式器件，因为由于在器件的阻挡层与沟道层的界面处的极化感应电荷，它们在为零的栅-源偏置处是导电的。

发明内容

依据本发明的实施例，提供了MMIC器件，该MMIC器件包括单片基板，在单片基板上的基于氮化镓的沟道层以及在基于氮化镓的沟道层上的与单片基板相对的基于氮化镓的阻挡层，基于氮化镓的阻挡层包括在其顶表面中的凹部。第一源电极、第一漏电极和第一栅电极被提供在基于氮化镓的阻挡层上与基于氮化镓的沟道层相对，第一栅电极位于第一源电极和第一漏电极之间，其中第一栅电极的底表面与基于氮化镓的阻挡层直接接触。第二源电极和第二漏电极也被提供在基于氮化镓的阻挡层上与基于氮化镓的沟道层相对。栅绝缘层在基于氮化镓的阻挡层中的凹部中，以及第二栅电极在栅绝缘层上与基于氮化镓的阻挡层相对，第二栅电极位于第二源电极和第二漏电极之间并延伸到凹部中。第一源电极、第一漏电极和第一栅电极包括耗尽模式晶体管的电极，以及第二源电极、第二漏电极和第二栅电极包括增强模式晶体管的电极。

在一些实施例中，凹部延伸完全地通过基于氮化镓的阻挡层，以暴露基于氮化镓的沟道层。凹部可以可选地进一步延伸到基于氮化镓的沟道层的顶表面中。

在一些实施例中，MMIC器件还可以包括在基于氮化镓的阻挡层上与基于氮化镓的沟道层相对的第三源电极、第三漏电极和第三栅电极，第三栅电极在第三源电极和第三漏电极之间延伸，其中第三栅电极的底表面与阻挡层直接接触。在这样的实施例中，耗尽模式晶体管可以是第一耗尽模式晶体管，并且第三源电极、第三漏电极和第三栅电极可以是第二耗尽模式晶体管的电极。