用于常關化合物半導體晶體管的柵極堆疊的制作方法
【專利摘要】本公開的實施例涉及一種用于常關化合物半導體晶體管的柵極堆疊。常關化合物半導體晶體管包括異質結構體和在異質結構體上的柵極堆疊。異質結構體包括源極、與源極間隔開的漏極和用于連接源極和漏極的溝道。溝道包括由于壓電效應在異質結構體中出現的第一極性的第一二維電荷載流子氣。柵極堆疊控制柵極堆疊下方的異質結構體區域中的溝道。柵極堆疊包括至少一種III族氮化物材料，該材料由于壓電效應在柵極堆疊中或在柵極堆疊下方的異質結構體中產生與第一極性相反的第二極性的第二二維電荷載流子氣。第二二維電荷載流子氣使第一二維電荷載流子氣中的極化電荷反向平衡，從而溝道在柵極堆疊下方被破壞。
【專利說明】用于常關化合物半導體晶體管的柵極堆疊
【技術領域】
[0001]本申請涉及化合物半導體晶體管，并且更特別地涉及常關的基于III族氮化物(ΙΙΙ-nitride)的晶體管。
【背景技術】
[0002]常規HEMT (高電子遷移率晶體管)典型地以GaN技術制作，并且通常表征為負閾值電壓。也就是，即使在不向柵極電極施加任何電壓以開啟晶體管的情況下，電流也在器件的源極端子和漏極端子之間流動。實際上，在GaN技術中，經由源極端子和漏極端子之間的應變和極化效應，在不向柵極電極施加任何電壓的情況下，自動創建薄溝道(反型層)。這樣，該器件通常稱為常開。
[0003]HEMT的常開特征是GaN技術的內在特性，并且將GaN技術的應用范圍限制為其中電源可用于生成關閉GaN器件所需的負電壓的那些應用。而且，常開特征使驅動GaN晶體管所需的電路的設計復雜化。
[0004]已經試圖制造常關GaN HEMT,即具有正閾值電壓的GaN晶體管。例如，可以在柵極電極下方形成較厚(典型地為10nm或更大)的P型摻雜GaN材料。該厚的p型GaN層使柵極電極下方的反型層耗盡，使閾值電壓偏移到正值。P型GaN層必需足夠厚以創建垂直電場，其使自然出現的反型溝道耗盡并使反型溝道分布在勢壘層下方，勢壘層典型地為AlGaN層。此外，由施加到柵極電極的電壓生成的垂直電場允許反型層的開關調制。
[0005]然而，與常規硅技術不同，諸如GaN的大帶隙材料的摻雜并不是微不足道的。實際上，薄P型摻雜GaN層的制造需要非常復雜化的處理。而且，由于GaN層的非均勻摻雜，并且特別是由于露出GaN表面處P型摻雜劑元素的表面積累，會引起閾值電壓不穩定性。此外，可以由器件耐受的最大柵極電壓受Pn結在柵極電極下方的存在所限制。一旦達到pn結的內建電壓，大且可能有害的柵極泄漏就直接從柵極接觸向源極電極和漏極電極流動。在柵極電極下方使用厚P型摻雜GaN層也限制器件的跨導，因為柵極電極進一步與反型溝道間隔開與P型GaN層的厚度對應的距離。P型摻雜GaN層產生約IV的閾值電壓。
【發明內容】
[0006]根據常關化合物半導體晶體管的一個實施例，常關晶體管包括異質結構體和在異質結構體上的柵極堆疊。異質結構體包括源極、與源極間隔開的漏極以及用于連接源極和漏極的溝道。溝道包括由于壓電效應在異質結構體中產生的第一極性的第一二維電荷載流子氣。柵極堆疊控制異質結構體區域中的在柵極堆疊下方的溝道。柵極堆疊包括至少一種III族氮化物材料，其由于壓電效應在柵極堆疊下方的異質結構體中或在柵極堆疊中產生與第一極性相反的第二極性的第二二維電荷載流子氣。第二二維電荷載流子氣使第一二維電荷載流子氣中的極化電荷反向平衡，從而溝道在柵極堆疊下方被破壞，使晶體管呈現常關。
[0007]根據制造常關化合物半導體晶體管的方法的一個實施例，該方法包括:形成異質結構體，該異質結構體包括源極、與源極間隔開的漏極和用于連接源極和漏極的溝道，該溝道包括由于壓電效應在異質結構體中產生的第一極性的第一二維電荷載流子氣；以及在異質結構體上形成柵極堆疊，用于控制在柵極堆疊下方的異質結構體區域中的溝道，柵極堆疊包括至少一種III族氮化物材料，其由于壓電效應在柵極堆疊中或在柵極堆疊下方的異質結構體中產生與第一極性相反的第二極性的第二二維電荷載流子氣，第二二維電荷載流子氣使第一二維電荷載流子氣中的極化電荷反向平衡，從而溝道在柵極堆疊下方被破壞。
[0008]通過閱讀下面的詳細描述并且通過查看附圖，本領域技術人員將認識到附加特征和優勢。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]附圖中的組件不一定按比例繪制，相反強調的是圖示本發明的原理。此外，在附圖中，類似的參考標號標示對應的部分。在附圖中:
[0010]圖1圖示了常關化合物半導體晶體管的一個實施例的局部截面圖；
[0011]圖2圖示了常關化合物半導體晶體管的另一實施例的局部截面圖；
[0012]圖3圖示了常關化合物半導體晶體管的又一實施例的局部截面圖；
[0013]圖4圖示了常關化合物半導體晶體管的又一實施例的局部截面圖；
[0014]圖5A至圖5E圖示了根據一個實施例的制造常關化合物半導體晶體管的方法的不同階段期間半導體結構的相應局部截面圖；
[0015]圖6A至圖6E圖示了根據另一實施例的制造常關化合物半導體晶體管的方法的不同階段期間半導體結構的相應局部截面圖。
【具體實施方式】
[0016]根據本文中描述的一些實施例，提供一種化合物半導體晶體管具有導電溝道反型區域，該導電溝道反型區域由于壓電效應自動地出現在異質結構體中。同樣由于壓電效應，通過生成與溝道區域相反的極性的第二反型區域，使化合物半導體晶體管常關。第二反型區域使溝道反型區域中的極化電荷反向平衡，從而在晶體管的柵極堆疊下方溝道區域被破壞。例如，在具有電子氣反型區域作為溝道的nMOS型GaN HEMT的情況下，通過壓電效應在柵極堆疊下方的異質結構體中或在柵極堆疊中形成空穴氣反型區域，以使柵極堆疊之下的異質結構體區域中的溝道耗盡并實現常關器件。通過使兩個反型層的極性反轉，該構思可以適用于nMOS型GaN器件和pMOS型GaN器件兩者。這樣的化合物半導體晶體管具有可調諧閾值電壓(通過變化柵極堆疊的厚度和/或分子含量)、高電流驅動能力和高跨導(由于與具有厚的P型柵極結構的常規常關GaN HEMT相比更薄的柵極堆疊)。
[0017]術語HEMT通常也稱為HFET (異質結構場效應晶體管)、M0DFET (調制摻雜FET)和MESFET (金屬半導體場效應晶體管)。術語HEMT、HFET, MESFET和MODFET本文中可互換使用，以指代在具有不同帶隙的兩種材料之間引入結(即異質結)作為溝道的任何基于III族氮化物的化合物半導體晶體管。例如，GaN可以與AlGaN或InGaN結合以形成作為溝道的電子氣反型區域。化合物半導體器件可以具有AlInN/AlN/GaN勢壘/間隔物/緩沖層結構。通常，常關化合物半導體晶體管可以使用任意合適的諸如GaN之類的III族氮化物技術來實現，III族氮化物技術由于壓電效應允許形成相反極性反型區域。
[0018]特別是關于GaN技術，由于壓電效應而在基于GaN的異質結構體中存在極性電荷和應變效應，這在以非常高載流子密度和載流子遷移率為特征的異質結構體中產生二維電荷載流子氣。這樣的二維電荷載流子氣諸如2DEG(二維電子氣)或2DHG(二維空穴氣)在例如GaN合金勢壘區域和GaN緩存區域之間的界面附近形成HEMT的導電溝道。可以在GaN緩存區域和GaN合金勢壘區域之間提供薄的例如l-2nm的AlN層，以使合金散射最小化并增強2DEG遷移率。在廣義上講，本文中描述的化合物半導體晶體管可以由任意二元、三元或四元III族氮化物化合物半導體材料形成，其中壓電效應導致器件概念。
[0019]圖1圖示了實現為nMOS型HEMT的常關化合物半導體晶體管的一個實施例的局部截面圖。NMOS型HEMT包括異質結構體100，其具有源極(S)、與源極間隔開的漏極(D)以及用于連接源極和漏極的溝道102。根據該實施例，異質結構體100包括在GaN104上的AlGaN106。本文中使用的術語“AlGaN”指代通用化學成分AlxGai_xN。由于壓電效應，在異質結構體100的AlGaN106和GaN104之間的界面附近出現二維電子氣(2DEG)，形成nMOS型HEMT的導電溝道102。更具體而言，AlGaN106的總極化比下置的馳豫GaN104的總極化強。兩個層104、106的負自發極化和拉伸應變下的負壓電極化沿著
[0001]軸從氮原子指向最近的鎵原子。這導致正的二維極化引發的表層電荷(簡稱為2DEG)。
[0020]nMOS型HEMT還包括在異質結構體100上的柵極堆疊108。柵極堆疊108控制在柵極堆疊108下方的異質結構體100區域中的溝道102。根據圖1的實施例，柵極堆疊108包括在異質結構體100的AlGaN106上沉積或再生長的GaNllO。柵極堆疊108的GaNllO足夠厚，使得在柵極堆疊108的GaNllO與異質結構體100的AlGaN106之間的界面附近，由于壓電效應，在異質結構體100中的柵極堆疊108下方出現二維空穴氣(2DHG)112。在這種情況下，兩個層106、110具有負自發極化和正壓電極化，從而在柵極堆疊108下方的異質結構體100中產生2DHG112。2DHG112具有2DEG溝道102的相反極性，并且因此使2DEG溝道102中的極化電荷反向平衡，破壞了柵極堆疊108下方的溝道102 (由2DEG溝道102中的斷裂指示)并且使nMOS型HEMT呈現常關，使得需要正柵極電壓來將HEMT導通。在一個實施例中，柵極堆疊108的GaNllO的厚度(TeATE m_Nitaid)小于100nm，但厚度足以破壞柵極堆疊108下方的溝道102。柵極堆疊108還包括在柵極堆疊108的GaNllO上的金屬114。金屬114用作柵極電極(G)。如果考慮柵極泄漏，可以在柵極堆疊108的GaNllO與金屬114之間插入可選的氧化物116，諸如Si02。可以在異質結構體100上并且橫向地圍繞柵極堆疊108形成諸如SiN的鈍化層118。
[0021]圖2圖示了實現為pMOS型HEMT的常關化合物半導體晶體管的另一實施例的局部截面圖。圖2所示的pMOS型HEMT的構造類似于圖1所示的nMOS型HEMT的構造，但根據圖2所示的實施例，異質結構體100包括在GaN122上的InGaN120。本文中使用的術語“InGaN”指代通用化學成分InxGa^Ntj正極化電荷源自因在GaN122上形成InGaN120引起的壓電效應，并因而在異質結構體100的GaN122與InGaN120之間的界面附近出現的溝道區域102為2DHG，而不是2DEG。此外根據本實施例，柵極堆疊108包括在異質結構體100的InGaN120上的GaNllO。GaNllO在InGaN120上的這種布置產生負極化電荷并且因而在異質結構體100的InGaN120與柵極堆疊108的GaNllO之間的界面附近形成2DEG124。2DEG124使2DHG溝道102中的極化電荷反向平衡，從而溝道102在柵極堆疊108下方被破壞(如2DHG溝道102中的斷裂指示)。
[0022]可以使用其它III族氮化物材料組合來產生2DEG或2DHG。例如，可以使用InGaN、InN或AlGaN/GaN來形成2DHG。其它III族氮化物組合可以形成2DHG，正如用于形成2DEG的各種III族氮化物組合那樣。通常，在本文中使用的化合物半導體晶體管結構中可以使用適合于實現2DHG和2DEG的III族氮化物材料的任意標準組合，以破壞在柵極堆疊108下方的溝道102。
[0023]本文中描述的柵極堆疊結構在柵極電極之下的GaN層110中不使用p型摻雜。而利用壓電效應形成破壞柵極堆疊108下方的溝道102的互補(complimentary)反型區域，以實現常關化合物半導體晶體管。由于壓電效應可實現的高2DHG(2DEG)濃度允許柵極堆疊108中使用的不同層的厚度的向下縮放。與常規HEMT結構相比，這種柵極堆疊厚度減少改善器件的總跨導和總電流驅動能力。
[0024]圖3圖示了實現為nMOS型HEMT的常關化合物半導體晶體管的又一實施例的局部截面圖。在圖3中沒有示出nMOS型HEMT的源極區域和漏極區域。圖3所示的nMOS型HEMT的構造類似于圖1所示的nMOS型HEMT的構造，但柵極堆疊108包括具有不同帶隙的至少兩種III族氮化物材料200、202，該不同帶隙在柵極堆疊108中產生二維電荷載流子氣204，使下置溝道102中的極化電荷反向平衡，從而溝道102在柵極堆疊108下方被破壞(如溝道102中的斷裂所示)。
[0025]根據本實施例，異質結構體108包括在GaN104上的AlGaN106，所以溝道區域102是如本文中前面所述的由于壓電效應在異質結構體100中出現的2DEG。柵極堆疊108包括在異質結構體100的AlGaN106上的GaN200和在柵極堆疊108的GaN200上的InGaN202。在一個實施例中，柵極堆疊108的InGaN202和GaN200的總厚度Omte ni_NitHde)在1nm到30nm的范圍內。源自這種柵極堆疊構造的所得正極化電荷在柵極堆疊108的InGaN202和GaN200之間界面附近的柵極堆疊108中產生2DHG204。可以調整InGaN202的厚度和/或In含量，以改變柵極堆疊108中2DHG204的濃度，例如在4.0X 112CnT2到1.6 X 113CnT2之間。柵極堆疊108中的2DHG204使異質結構體100中的2DEG溝道102中的極化電荷反向平衡，從而溝道102在柵極堆疊108下方被破壞。
[0026]圖4圖示了實現pMOS型HEMT的常關化合物半導體晶體管的又一實施例的局部截面圖。在圖4中沒有示出pMOS型HEMT的源極區域和漏極區域。圖4所示的pMOS型HEMT的構造類似于圖3所示的nMOS型HEMT，但異質結構體100包括在GaN122上的InGaN120，所以溝道區域102為2DHG。同樣，柵極堆疊108包括在異質結構體100的InGaN120上的GaN300和在柵極堆疊108的GaN300上的AlGaN302。源自這種柵極堆疊構造的負極化電荷在柵極堆疊108的AlGaN302與GaN300之間界面附近的柵極堆疊108中產生2DEG304。柵極堆疊108中的2DEG304使異質結構體100中的2DHG溝道102中的極化電荷反向平衡，所以溝道102在柵極堆疊108下方被破壞(如溝道102中的斷裂所示)。
[0027]圖5A至圖5E圖示了根據一個實施例的制造常關化合物半導體晶體管的方法的不同階段期間的半導體結構的局部截面圖。
[0028]圖5A示出了在異質結構體400上形成諸如SiN、氧化硅、氧化鋁等的鈍化層402之后的異質結構體400。異質結構體400包括具有不同帶隙的III族氮化物材料404、406，其在異質結構體400中產生二維電荷載流子氣408。根據所使用的III族氮化物材料404、406的類型，二維電荷載流子氣408可以是之前本文中描述的2DEG或2DHG。二維電荷載流子氣408如之前本文中描述的那樣將連接晶體管的源極和漏極并形成晶體管的溝道。
[0029]然后在鈍化層402上形成掩膜410，并且對掩膜410進行光刻處理以在掩膜410中形成開口 412。通過掩膜410中的開口 412對鈍化層402進行處理，以在鈍化層402中形成對應的開口 414。鈍化層402中的開口 414露出異質結構體400的部分。在圖5中示出了所得結構。
[0030]圖5C示出了在經由再生長工藝通過鈍化層402中的開口 414在異質結構體400的露出部分上(例如通過再生長工藝)形成至少一種III族氮化物材料416之后的結構。至少一種III族氮化物材料416形成晶體管的柵極堆疊的部分，并且如圖5C所示在異質結構體400中的柵極堆疊下方或在柵極堆疊本身中生成二維電荷載流子氣418。第二二維電荷載流子氣418的位置取決于用于構造柵極堆疊的III族氮化物材料416的數目和類型，如之前在本文中描述的那樣。在任一情況下，第二二維電荷載流子氣418具有與第一二維電荷載流子氣408相反的極性，并且因而使第一二維電荷載流子氣408中的極化電荷反向平衡，所以晶體管的最終溝道在柵極堆疊下方被破壞。
[0031]圖示出了在結構上(包括在柵極堆疊上)沉積諸如S12之類的可選的氧化物層420之后的結構。
[0032]圖5E示出了在氧化物刻蝕工藝之后且在柵極堆疊的III族氮化物材料416上沉積柵極金屬420之后的結構。在一個實施例中，異質結構體400包括在GaN上的AlGaN，使得第一二維電荷載流子氣408是在異質結構體400的GaN和AlGaN之間界面附近出現的2DEG，并且柵極堆疊的III族氮化物材料416包括在異質結構體400的AlGaN上的GaN和在柵極堆疊的GaN上的InGaN，使得第二二維電荷載流子氣418是在圖1所示柵極堆疊的GaN和InGaN之間界面附近出現的2DHG。在另一實施例中，異質結構體400包括在GaN上的InGaN，使得第一二維電荷載流子氣408是在異質結構體400的InGaN和GaN之間界面附近出現的2DHG，并且柵極堆疊的III族氮化物材料416包括在異質結構體400的InGaN上的GaN和柵極堆疊的GaN上的AlGaN，使得第二二維電荷載流子氣408是在圖2所示柵極堆疊的AlGaN和GaN之間界面附近出現的2DEG。在又一實施例中，異質結構體400包括在GaN上的AlGaN，使得第一二維電荷載流子氣408是在異質結構體400的AlGaN和GaN之間界面附近出現的2DEG，并且柵極堆疊的III族氮化物材料416包括在異質結構體400的AlGaN上的GaN，使得第二二維電荷載流子氣418是在圖3所示柵極堆疊的GaN和異質結構體400的AlGaN之間界面附近出現的2DHG。在又一實施例中，異質結構體400包括在GaN上的InGaN，使得第一二維電荷載流子氣408是在異質結構體400的InGaN和GaN之間界面附近出現的2DHG，并且柵極堆疊的III族氮化物材料416包括在異質結構體400的InGaN上的GaN，使得第二二維電荷載流子氣418是在圖4所示柵極堆疊的GaN和異質結構體400的InGaN之間界面附近出現的2DEG。
[0033]圖6A至圖6E圖示了根據另一實施例的制造常關化合物半導體晶體管的方法的不同階段期間的半導體結構的局部截面圖。
[0034]圖6A示出了具有不同帶隙的III族氮化物材料502、504的異質結構體500，其在異質結構體500中產生二維電荷載流子氣506。根據所使用的III族氮化物材料502、504的類型，二維電荷載流子氣506可以是之前在本文中描述的2DEG或2DHG。如之前在本文中描述的那樣，二維電荷載流子氣506將連接晶體管的源極和漏極并且形成晶體管的溝道。
[0035]圖6B不出了在異質結構體500上沉積(例如在金屬有機化學氣相沉積工具中生長)至少一個附加的III族氮化物層508之后的結構。稍后處理至少一個附加的III族氮化物層508以形成晶體管的柵極堆疊。根據沉積在異質結構體500上的附加III族氮化物508的數目和成分，至少一個附加的III族氮化物層508在圖5B所示的異質結構體500中的柵極堆疊下方或者在柵極堆疊本身中產生二維電荷載流子氣510。在任一,清況中,第二二維電荷載流子氣510具有與第一二維電荷載流子氣506相反的極性，并且因而使第一二維電荷載流子氣506中的極化電荷反向平衡，從而晶體管的最終溝道在柵極堆疊下方被破壞。
[0036]圖6C示出了在至少一個附加的III族氮化物層508上形成掩膜512之后的結構。掩膜512保護至少一個附加的III族氮化物層508的部分，并限定晶體管柵極堆疊的位置。
[0037]圖6D示出了在從異質結構體500去除至少一個附加的III族氮化物層508的未保護(未掩蔽)部分之后的結構。至少一個附加的III族氮化物層508的剩余部分形成晶體管的柵極堆疊514。
[0038]可以在異質結構體500上形成諸如SiN之類的鈍化層516，以橫向地圍繞柵極堆疊514。可以在柵極堆疊514上沉積諸如S12之類的可選的氧化物518，并且如果提供氧化物518，則將金屬520沉積在III族氮化物材料上以及柵極堆疊514的氧化物518上。否則，直接在柵極堆疊514的III族氮化物材料上沉積金屬520。在一個實施例中，異質結構體500包括在GaN上的AlGaN，從而第一二維電荷載流子氣506是在異質結構體500的AlGaN和GaN之間界面附近出現的2DEG，并且柵極堆疊514包括在異質結構體500的AlGaN上的GaN和在柵極堆疊514的GaN上的InGaN，從而第二二維電荷載流子氣510是在圖1所示的柵極堆疊514的GaN與InGaN之間界面附近的2DHG。在另一實施例中，異質結構體500包括在GaN上的InGaN，從而第一二維電荷載流子氣506是在異質結構體500的InGaN和GaN之間界面附近出現的2DHG，并且柵極堆疊514包括在異質結構體500的InGaN上的GaN和在柵極堆疊514的GaN上的AlGaN，從而第二二維電荷載流子氣510是在圖2所示的柵極堆疊514的GaN與AlGaN之間界面附近的2DEG。在又一實施例中，異質結構體500包括在GaN上的AlGaN，從而第一二維電荷載流子氣506是在異質結構體500的AlGaN和GaN之間界面附近出現的2DEG，并且柵極堆疊514包括在異質結構體500的AlGaN上的GaN，從而第二二維電荷載流子氣510是在圖3所示的柵極堆疊514的GaN與異質結構體500的AlGaN之間界面附近的2DHG。在又一實施例中，異質結構體500包括在GaN上的InGaN，從而第一二維電荷載流子氣506是在異質結構體500的InGaN和GaN之間界面附近出現的2DHG，并且柵極堆疊514包括在異質結構體500的InGaN上的GaN，從而第二二維電荷載流子氣510是在圖4所示的柵極堆疊514的GaN與異質結構體500的InGaN之間界面附近的2DEG。
[0039]可以采用標準工藝來執行圖5A至圖5E和圖6A至圖6E所示的制造步驟，并且因而在這點上未給出進一步說明。
[0040]為便于描述，使用諸如“下方”、“之下”、“更低”、“上方”、“上面”等之類的空間相對術語來說明一個元件相對于第二元件的定位。除了與圖中描繪的方向不同的方向之外，這些術語旨在于涵蓋器件的不同方向。此外，也使用諸如“第一”、“第二”等的術語來描述各種元件、區域、部分等并且也并不旨在于進行限定。貫穿整個描述，類似的術語指代類似的元件。
[0041]如本文中使用的，術語“具有”、“含有”、“包括”、“包含”等是開放式術語，指示所述元件或特征的存在，而并不排除附加的元件或特征。除非上下文另外清楚指出，否則冠詞“一個”、“一”和“該”旨在于包括復數以及單數。
[0042]考慮到上述變型和應用的范圍，應理解到的是，本發明并不由前面的描述限定，也不由附圖限定。相反，本發明僅由下面的權利要求和其合法等同方案限定。
【權利要求】
1.一種常關化合物半導體晶體管，包括: 異質結構體，包括源極、與所述源極間隔開的漏極和用于連接所述源極和所述漏極的溝道，所述溝道包括由于壓電效應在所述異質結構體中出現的第一極性的第一二維電荷載流子氣；以及 在所述異質結構體上的柵極堆疊，用于控制所述柵極堆疊下方的異質結構體區域中的溝道，所述柵極堆疊包括至少一種III族氮化物材料，所述至少一種III族氮化物材料由于壓電效應在所述柵極堆疊中或在所述柵極堆疊下方的異質結構體中產生與所述第一極性相反的第二極性的第二二維電荷載流子氣，所述第二二維電荷載流子氣使所述第一二維電荷載流子氣中的極化電荷反向平衡，從而所述溝道在所述柵極堆疊下方被破壞。
2.根據權利要求1所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述柵極堆疊包括具有不同帶隙的至少兩種III族氮化物材料，所述至少兩種III族氮化物材料在所述柵極堆疊中產生所述第二二維電荷載流子氣。
3.根據權利要求2所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述柵極堆疊的所述至少兩種III族氮化物材料的總厚度低于10nm并且厚度足以破壞所述柵極堆疊下方的溝道。
4.根據權利要求3所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述柵極堆疊的所述至少兩種III族氮化物材料的所述總厚度在1nm到30nm的范圍內。
5.根據權利要求1所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述柵極堆疊還包括在所述至少一種III族氮化物材料上的金屬。
6.根據權利要求5所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述柵極堆疊還包括插入在所述金屬與所述至少一種III族氮化物材料之間的氧化物。
7.根據權利要求1所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述異質結構體包括在GaN上的AlGaN，所述第一二維電荷載流子氣是在所述異質結構體的AlGaN和GaN之間的界面附近出現的二維電子氣，所述柵極堆疊包括在所述異質結構體的AlGaN上的GaN和在所述柵極堆疊的GaN上的InGaN，并且所述第二二維電荷載流子氣是在所述柵極堆疊的InGaN和GaN之間的界面附近出現的二維空穴氣。
8.根據權利要求1所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述異質結構體包括在GaN上的InGaN，所述第一二維電荷載流子氣是在所述異質結構體的InGaN和GaN之間的界面附近出現的二維空穴氣，所述柵極堆疊包括在所述異質結構體的InGaN上的GaN和在所述柵極堆疊的GaN上的AlGaN，并且所述第二二維電荷載流子氣是在所述柵極堆疊的AlGaN和GaN之間的界面附近出現的二維電子氣。
9.根據權利要求1所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述異質結構體包括在GaN上的AlGaN，所述第一二維電荷載流子氣是在所述異質結構體的AlGaN和GaN之間的界面附近出現的二維電子氣，所述柵極堆疊包括在所述異質結構體的AlGaN上的GaN，并且所述第二二維電荷載流子氣是在所述柵極堆疊的GaN和所述異質結構體的AlGaN之間的界面附近出現的二維空穴氣。
10.根據權利要求1所述的常關化合物半導體晶體管，其中所述異質結構體包括在GaN上的InGaN，所述第一二維電荷載流子氣是在所述異質結構體的InGaN和GaN之間的界面附近出現的二維空穴氣，所述柵極堆疊包括在所述異質結構體的InGaN上的GaN，并且所述第二二維電荷載流子氣是在所述柵極堆疊的GaN和所述異質結構體的InGaN之間的界面附近出現的二維電子氣。
11.一種制造常關化合物半導體晶體管的方法，所述方法包括: 形成異質結構體，所述異質結構體包括源極、與所述源極間隔開的漏極和用于連接所述源極和所述漏極的溝道，所述溝道包括由于壓電效應在所述異質結構體中出現的第一極性的第一二維電荷載流子氣；以及 在所述異質結構體上形成柵極堆疊，用于控制所述柵極堆疊下方的異質結構體區域中的溝道，所述柵極堆疊包括至少一種III族氮化物材料，所述至少一種III族氮化物材料由于壓電效應在所述柵極堆疊中或在所述柵極堆疊下方的異質結構體中產生與所述第一極性相反的第二極性的第二二維電荷載流子氣，所述第二二維電荷載流子氣使所述第一二維電荷載流子氣中的極化電荷反向平衡，從而所述溝道在所述柵極堆疊下方被破壞。
12.根據權利要求11所述的方法，其中在所述異質結構體上形成所述柵極堆疊包括: 在所述異質結構體上形成鈍化層； 在所述鈍化層中形成開口，以露出所述異質結構體的部分；以及 經由再生長工藝，通過所述鈍化層中的所述開口，在所述異質結構體的露出部分上形成所述柵極堆疊的所述至少一種III族氮化物材料。
13.根據權利要求11所述的方法，其中在所述異質結構體上形成所述柵極堆疊包括: 在所述異質結構體上沉積至少一個III族氮化物層；以及 除了所述晶體管的柵極區域外，將所述至少一個III族氮化物層從所述異質結構體去除，以形成所述柵極堆疊的所述至少一種III族氮化物材料。
14.根據權利要求11所述的方法，還包括:在所述柵極堆疊的所述至少一種III族氮化物材料上形成金屬層。
15.根據權利要求14所述的方法，還包括:在所述金屬和所述柵極堆疊的所述至少一種III族氮化物材料之間形成氧化物。
16.根據權利要求11的方法，其中形成所述異質結構體包括在GaN上形成AlGaN，使得所述第一二維電荷載流子氣是在所述異質結構體的AlGaN和GaN之間的界面附近出現的二維電子氣，并且其中在所述異質結構體上形成所述柵極堆疊包括在所述異質結構體的AlGaN上形成GaN以及在所述柵極堆疊的GaN上形成InGaN，使得所述第二二維電荷載流子氣是在所述柵極堆疊的InGaN和GaN之間的界面附近出現的二維空穴氣。
17.根據權利要求11的方法，其中形成所述異質結構體包括在GaN上形成InGaN，使得所述第一二維電荷載流子氣是在所述異質結構體的InGaN和GaN之間的界面附近出現的二維空穴氣，并且其中在所述異質結構體上形成所述柵極堆疊包括在所述異質結構體的InGaN上形成GaN以及在所述柵極堆疊的GaN上形成AlGaN，使得所述第二二維電荷載流子氣是在所述柵極堆疊的AlGaN和GaN之間的界面附近出現的二維電子氣。
18.根據權利要求11的方法，其中形成所述異質結構體包括在GaN上形成AlGaN，使得所述第一二維電荷載流子氣是在所述異質結構體的AlGaN和GaN之間的界面附近出現的二維電子氣，并且其中在所述異質結構體上形成所述柵極堆疊包括在所述異質結構體的AlGaN上形成GaN，使得所述第二二維電荷載流子氣是在所述柵極堆疊的GaN與所述異質結構體的AlGaN之間的界面附近出現的二維空穴氣。
19.根據權利要求11的方法，其中形成所述異質結構體包括在GaN上形成InGaN，使得所述第一二維電荷載流子氣是在所述異質結構體的InGaN和GaN之間的界面附近出現的二維空穴氣，并且其中在所述異質結構體上形成所述柵極堆疊包括在所述異質結構體的InGaN上形成GaN，使得所述第二二維電荷載流子氣是在所述柵極堆疊的GaN和所述異質結構體的InGaN之間的界面附近出現的二維電子氣。
20.根據權利要求11的方法，其中在所述異質結構體上形成所述柵極堆疊包括在所述異質結構體上形成至少兩種III族氮化物材料，所述至少兩種III族氮化物材料具有不同的帶隙，這在所述柵極堆疊中產生所述第二二維電荷載流子氣，并且總厚度低于10nm并且厚度足以破壞所述柵極堆疊下方的溝道。
【文檔編號】H01L29/06GK104241350SQ201410270020
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月17日 優先權日:2013年6月19日
【發明者】G·庫拉托拉 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司