[发明专利]具有串联连接的增强模式栅极区域和耗尽模式栅极区域的异质结场效应晶体管器件

说明书

大致而言，异质结场效应晶体管器件包括支撑沟道区域的第一压电层、在第一压电层上方的第二压电层以及源极和漏极。在第二压电层上方的电介质层将源极和漏极电分离，并具有多个区段，这些区段中的两个区段通过第一间隙分离。第一栅极具有第一尖端，第一尖端在第一间隙内，第一间隙具有小于约200nm的长度。在紧接在第二压电层下方的第一压电层中，在第一间隙正下方，电介质层中的应力产生至少约1×10¹¹/cm²电荷的压电电荷。第一栅极控制沟道区域的常关断区段。具有至少500nm的长度的第二栅极控制沟道区域的常导通区段。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年5月20日由Hiu Yung Wong、Nelson de Almeida Braga和Rimvydas Mickevicius提交的题为“MONOLITHICALLY INTEGRATED III-NITRIDE CASCODECIRCUIT FOR HIGH VOLTAGE APPLICATION”的美国临时申请No.62/339,262的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本技术涉及具有串联连接的增强模式(常关断)区域和耗尽模式(常导通)区域的异质结场效应晶体管(HFET)。

背景技术

例如，可以使用HFET(包括高电子迁移率晶体管(HEMT)或金属绝缘体半导体HFET(MISHFET)或双沟道HFET/HEMT/MISHFET或双重沟道HFET/HEMT/MISHFET或薄体(SOI、finFET、三栅、环栅等)HFET/HEMT/MISHFET作为开关器件。这种器件通常由III-V族半导体形成，并且通过具有未掺杂的沟道区域而实现非常高的迁移率。在常规的HFET中，器件被描述为“常导通”；即，阈值电压(在此有时也被称为夹断电压)是零或负的，并且沟道在源极和栅极之间施加很小偏置或不施加偏置的情况下传导电流。对于功率电子应用，出于安全、能量转换和电路设计的原因，常关断器件是强烈优选的。例如，在发生故障导致浮置或接地的栅极端子的情况下，常导通器件将允许大量的功率在源极和漏极之间流动。

在功率应用中，已知将常关断器件布置成与常导通器件串联连接。传统的常关断器件可以由硅形成，而常导通器件通常由其他材料例如III-V族半导体形成。然而，将单一制造工艺中的不同材料组合起来可能是复杂且昂贵的。使用流水线制造工艺形成串联连接到常导通器件的常关断器件将是有利的。

发明内容

本文公开的技术涉及一种HFET器件，该HFET器件包括控制常关断沟道区域的栅极和控制常导通沟道区域的栅极。

这里描述了一种异质结场效应器件。HFET器件包括含异质结场效应晶体管器件的集成电路器件。异质结场效应晶体管器件包括支撑沟道层的第一压电层、在第一压电层上方的第二压电层、外源极和外漏极。HFET器件还包括电介质层，电介质层在第二压电层上方并且将外源极和外漏极在纵向上电分离，并且在纵向上具有多个区段，所述多个区段中的两个区段由第一间隙分离。HFET器件还包括第一栅极。第一栅极具有连接到第一栅极接触的第一尖端，第一尖端在第一间隙内，第一间隙具有小于约200nm的长度，其中在紧接在第二压电层下方的第一压电层中，在第一间隙正下方，电介质层中的应力产生至少约1×10¹¹/cm²电荷的压电电荷。除了第一栅极之外，还存在设置在电介质层中的第二间隙内的第二栅极，第二间隙在纵向上分离多个区段中的区段，第二间隙具有至少为500nm的长度。第一栅极控制沟道层的常关断区段，并且第二栅极控制沟道区域的常导通区段。

在实施例中，第一压电层实质上是晶体的第一III-V族半导体，第二压电层实质上是具有比晶体的第一III-V族半导体宽的带隙的晶体的第二III-V族半导体。第一压电层和第二压电层可以基本上是单晶或多晶的。