[发明专利]超结选通AlGaN GaN HEMT

说明书

一种晶体管器件，包括源极(104)和漏极(105)，所述源极和所述漏极位于沿竖直方向(V)的一位置处的水平面处。栅极(111)位于沿所述竖直方向比源极和漏极水平面更高的水平面处。所述源极和漏极水平面下方的第一区域包括第一III族氮化物(III‑N)层、所述第一III‑N层上的第二III‑N层。所述栅极下方的第二区域包括第一III‑N层、所述第一III‑N层上的第二III‑N层以及所述第二III‑N层上的第三III‑N层。所述第三III‑N层在沿晶体管的宽度的选择性位置处延伸穿过所述第二III‑N层并延伸到所述第一III‑N层的一部分中。所述第三III‑N层为P型掺杂的，并且所述第一III‑N和第二III‑N层为非故意掺杂的。

技术领域

本公开总体上涉及半导体器件，特别是涉及可以提供增大的阈值电压而不损失电流的超结选通三栅极器件。

背景技术

鉴于当今先进的技术系统，需要对功率晶体管进行改进，以提供更稳健的能量输送网络和高效发电和转换的法。传统的功率晶体管应用可以包括电源、许多技术行业的电子应用，如高压直流(HVDC)电子产品、灯镇流器、电信电路和显示驱动器。这些类型的技术系统依靠高效的转换器来升高或降低电压，并使用能够阻断大电压和/或承载大电流的功率晶体管。

此类应用中使用的传统功率晶体管由硅制成。然而，硅的有限临界电场及其相对较高的电阻导致可用的商业器件、电路和系统非常大且重，并以低频率操作。因此，这样的商业器件不适合于未来的许多不同类型的应用。

例如，传统的功率半导体器件需要许多特性，即高击穿电压和低导通电阻。在功率半导体器件中的击穿电压和导通电阻之间，存在着由器件材料确定的权衡关系。其中，在功率半导体器件中可以实现接近主要器件材料(如硅)的限制的低导通电阻。一些使用宽带间隙半导体的传统功率半导体器件在设计时没有考虑到功率器件的特有的特性，即没有考虑到电子雪崩承受能力。这是因为基于GaN的器件是基于射频 (RF)器件设计的。

因此，鉴于上述实际情况和困难，对提高III族氮化物半导体结构性能的器件和电路的需求尚未解决。

发明内容

本公开总体上涉及半导体器件，并且特别是涉及能够提供超过3V的阈值电压而不损失导通电流的超结三栅极器件。

一些实施方式总体上涉及器件结构和制作方法，以构建包括诸如场效应晶体管之类的晶体管器件的电子器件。场效应晶体管可以包括源极和漏极，使得所述源极和所述漏极位于沿竖直方向的一位置处的水平面处。栅极，使得所述栅极沿所述竖直方向位于比源极和漏极水平面更高的水平面处。第一区域位于所述源极和漏极水平面下方，使得所述第一区域包括基底基板层、所述基底基板层上的缓冲层、缓冲层上的第一III 族氮化物(III-N)层以及所述第一III-N层上的第二III-N层。其中，所述第二III-N 层的自发极化电荷高于所述第一III-N层的自发极化电荷。第二区域位于所述栅极下方，使得所述第二区域包括基底基板层、所述基底基板层上的缓冲层、缓冲层上的第一III-N层、所述第一III-N层上的第二III-N层以及所述第二III-N层上的第三III-N 层。其中，所述第三III-N层在沿所述场效应晶体管的宽度的选择性位置处延伸穿过所述第二III-N层并延伸到所述第一III-N层的一部分中。其中，所述第三III-N层为 P型掺杂的，并且所述第一III-N层和所述第二III-N层为非故意掺杂的。

在实验过程中，对基于AlGaN/GaN异质结构的高电子迁移率晶体管(HEMT) 进行测试，发现其为高功率、高电压和高温应用提供了绝佳的候选。所测试的耗尽模式(D-mode)HEMT的性能表现很好，这对于数字IC应用和射频集成电路(RFIC) 或单片微波集成电路(MMIC)设计来说表现是积极的，同时，增强模式(E-mode) 器件的测试也表现出可以在未来发挥更重要的作用。对于测试的数字IC应用，通过使用直接耦合FET逻辑(DCFL)可以实现电路配置，该配置以D模式和E模式HEMT 的集成为特征。