[发明专利]门控III-V半导体结构和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请涉及2010年6月23日提交的、标题为“AlGaN/GaN Device and Method”的美国临时专利申请序列号61/357,641并得到来自该申请的优先权，该专利申请的内容通过引用而整体结合在本文中。

政府权益陈述

本发明得到海军研究所的资助，授权号为N-00014-03-1-0963。美国政府对本发明享有权利。

背景技术

技术领域

实施例总体涉及基于III-V的门控半导体结构和门控半导体器件。更具体地，实施例涉及基于III-V的门控半导体结构和门控半导体器件中的增强性能。

相关技术说明

与基于硅的半导体结构和半导体器件相比，基于III-V的半导体结构和半导体器件常常在某些应用中提供优越的性能。例如，砷化镓基于III-V的半导体结构和半导体器件在微波应用中很常见。

另外，基于第III族元素氮化物的半导体结构和半导体器件，具体地，第III族元素氮化物晶体管，对于大功率电路应用更有利，因为第III族元素氮化物晶体管能够在高工作电场强度下(例如，大于几兆伏/厘米)承载大电流(例如，大于约1.5安/毫米，归一化到栅极外缘)。

第III族元素氮化物晶体管包括至少一种第III族元素氮化物作为活性半导体材料。由于通常的第III族元素氮化物包括铝、铟和镓的氮化物，因此第III族元素氮化物晶体管存在几种二元、三元和四元化合物。

通常第III族元素氮化物晶体管包括基底，在该基底上依序分层堆积至少两种具有不同带隙特性的第III族元素氮化物材料。缓冲层被布置成更靠近基底，阻挡层被布置在缓冲层上并通常具有更宽的带隙。由于带隙的差异，在缓冲层与阻挡层的交界面诱发二维电子气体(2DEG)。二维电子气体(2DEG)典型地高度集中在异质结交界面附近，但大部分在具有较窄带隙的缓冲层内。

虽然III-V半导体结构，包括第III族元素氮化物晶体管，提供了许多性能优点，但无论如何，III-V半导体结构小是完全没有问题的。就此而言，III-V半导体结构像其它半导体结构及相关半导体器件一样，都有需要改进工作能力和性能。

由于在由III-V半导体结构工作所得到的III-V半导体器件的增强工作特性是首要考虑的一些应用中，III-V半导体结构可能仍旧保持流行，所以期望得到具有增强工作能力和性能的其他III-V半导体结构以及用于制作其他III-V半导体结构的方法。

发明内容

实施例包括门控III-V半导体结构和用于制作门控III-V半导体结构的方法。上述每个门控III-V半导体结构和相关方法均利用：(1)阈值修改掺杂物区域，该阈值修改掺杂物区域包括在门控III-V半导体结构中、栅极下面的阻挡层内；和(2)铝-硅氮化物(AlSiN)钝化层(或具有等价带隙和介电常数物理特性的其他材料层)，所述钝化层钝化阻挡层的至少一部分(优选阻挡层的与阈值修改掺杂物区域毗连的部分)。

更具体地，实施例针对一种门控III-V半导体结构，该门控III-V半导体结构包括：(1)氮化镓(GaN)缓冲层和铝-硅氮化物(AlGaN)阻挡层，该铝-硅氮化物(AlGaN)阻挡包括阈值修改掺杂物区域；和(2)铝-硅氮化物(AlSiN)钝化层，该铝-硅氮化物(AlSiN)钝化层钝化阻挡层的至少一部分(优选阻挡层的与阈值修改掺杂物区域毗连的部分)。

在下面的其他公开内容中，实施例还包括：(1)用于形成阈值修改掺杂物区域的气相扩散法，所述阈值修改掺杂物区域在门控III-V半导体结构中、栅极下面的阻挡层内；以及(2)用于形成阈值修改掺杂物区域的固态扩散法，所述阈值修改掺杂物区域在门控III-V半导体结构中、栅极下面的阻挡层内。通过包括这样的阈值修改掺杂物区域，门控III-V半导体结构，诸如但不限于第III族元素氮化物高电子迁移率晶体管(HEMT)半导体结构，可以用单个单基底上的增强型半导体器件和耗尽型半导体器件来制作，因此提供在单个单基底内和在单个单基底上的互补高电子迁移率晶体管(HEMT)结构。