[发明专利]Ⅲ族氮化物器件和电路

说明书

技术领域

本发明涉及半导体电子器件，具体地涉及具有场板的III族氮化物HEMT器件，以及包括该III族氮化物HEMT器件的电路。

背景技术

目前，包括诸如功率MOSFET以及绝缘栅双极晶体管(IGBT)的器件的当代功率半导体器件通常由硅(Si)半导体材料制造。最近，已经着手研究碳化硅(SiC)功率器件，因为其具有优越特性。目前，III族氮化物(III-N)半导体器件已崭露头角，作为有吸引力的候选物，其可以承载大电流并支持高电压，提供非常低的导通电阻、高电压器件操作并具有快速的切换时间。图1中示出典型的III-N族高电子迁移率晶体管(HEMT)，其包括衬底10、衬底10上的诸如为GaN的沟道层11以及沟道层11上的诸如为Al_xGa_1-xN的阻挡层12。在沟道层11和阻挡层12之间的界面附近的沟道层11中感生二维电子气(2DEG)沟道19。源电极14和漏电极15分别与2DEG形成欧姆接触。栅电极16调制栅区中的2DEG的部分，即位于栅电极16正下方的部分。

场板通常用于III-N族器件中，以降低峰值电场并提高器件击穿电压的方式来使器件的高电场区中的电场成形，由此允许更高电压操作。图2和3中示出场板III-N族HEMT的实例。图2中所示的器件包括连接到栅电极16的场板18，即连接栅极的场板以及诸如SiN层的绝缘体层13，其位于场板和阻挡层12之间。场板18可以包括或由与栅电极16相同的材料形成。与具有不同场板构造的器件的制造工艺相比，具有连接栅极的场板的器件的制造工艺通常相对简单，因为无需形成隔开的场板和栅电极层，因此栅电极和场板的沉积可以在单一工艺步骤中进行。但是，图2中所示的连接栅极的场板18增大了栅电极16和漏电极15之间的电容，由此降低了器件的有效操作速度。器件的输入和输出之间的电容增大以及相应的高频响应的下降被称为密勒电容效应或密勒效应。对于使用图2中所示的III-N族HEMT的应用来说，如图中所示，源电极14通常接地。

在图3中所示的器件中，场板18连接至源电极14，即场板18是连接源极的场板。将场板连接到源电极可以减小或消除密勒效应，因为当将输入信号施加至栅电极时，场板上的电压保持不变。对于该构造，输入和输出之间的电容是源-漏电容，该源-漏电容通常小，且因此对器件性能的影响可忽略不计。但是，与诸如图2中所示器件的具有连接栅极的场板的器件相比，这种器件的制造工艺相对复杂。

发明内容

在某些方面中，描述一种III-N族基高电子迁移率晶体管(HEMT)。该晶体管具有一系列III-N族层，所述一系列III-N族层形成2DEG沟道；栅电极，其位于栅区中的所述一系列III-N族层的第一侧上；场板，其电连接至栅电极并通过电绝缘体与III-N族层隔开；以及地连接，其电连接至场板和栅电极，从而形成连接栅极的接地场板。

在所描述的晶体管可以通过偏置晶体管的源电极和晶体管的栅电极来操作，其中在偏置期间，与缺少连接栅极的接地场板的类似晶体管相比，该晶体管的输入和输出之间的电容可以被最小化。

电路可以包括本文所述的耗尽型晶体管和低电压增强型晶体管中的一种，其中耗尽型晶体管的源极被电连接至增强型晶体管的漏极。

组件可以包括本文所述的具有衬底的电路中的一种。该衬底包括作为地连接的导电层。耗尽型晶体管和增强型晶体管被附接至衬底，且增强型晶体管的源电极被电连接至地连接。

其他电路可以包括本文所述的晶体管和二极管。晶体管的源极被电连接至二极管的阴极。