采用耗尽模式GaN基FET的串叠电路制造技术

一种电路包括输入漏极节点、输入源极节点和输入栅极节点。该电路还包括III族氮化物耗尽模式FET，其具有源极、漏极和栅极，其中，耗尽模式FET的栅极联接到使耗尽模式FET保持在其导通状态的电势。另外，该电路还包括增强模式FET，其具有源极、漏极和栅极。耗尽模式FET的源极串联联接到增强模式FET的漏极。耗尽模式FET的漏极用作输入漏极节点，增强模式FET的源极用作输入源极节点，并且增强模式FET的栅极用作输入栅极节点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及诸如GaN基FET的III族氮化物化合物半导体FET，更具体来讲，涉及采用耗尽模式GaN基FET并且用作增强模式FET的电路。
技术介绍
使用诸如GaN、AlGaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN等宽带隙半导体的GaN基FET作为高功率应用的功率器件已经备受关注，这是因为它们的导通电阻比使用Si或GaAs的FET在大小上小一个或者更多数量级，由此可以以更大电流在更高温度下操作并且可以经受高压应用。在图I中示出了传统的GaN基FET的ー个实例。如所示出的，在诸如蓝宝石衬底的半绝缘衬底91上形成异质结结构。该异质结结构包括GaN缓冲层92，例如，未掺杂的GaN层93和未掺杂的AlGaN层94，其中，未掺杂的AlGaN层94通常比未掺杂的GaN层93薄得多。未掺杂的GaN层93用作沟道层。可选的，在未掺杂的AlGaN层94上设置两个n-AlGaN接触层95。源极电极S和漏极电极D布置在它们各自的接触层95上。栅极电极G形成在未掺杂的AlGaN层94上，并且位于源极电极S和漏极电极D之间。如果在源极电极S和漏极电极D与下面的半导体层之间可以建立满意的欧姆接触，则接触层95可以不是必需的。通过在具有大带隙的AlGaN层和具有较窄带隙的GaN层之间的异质结界面上形成量子阱，GaN基FET器件能够将电子迁移率最大化。结果，电荷被捕获在量子阱里。通过未掺杂的GaN层中的ニ维电子气96来表现所捕获的电子。通过向栅极电极施加电压来控制电流量，栅极电极与半导体肖特基接触，以使得电子沿着源极电极和漏极电极之间的沟道流动。即使当栅极电压为O时，在沟道中也将产生电子，这是因为形成了从衬底向着器件表面延伸的压电场。因此，GaN基FET用作耗尽模式(S卩，常导通型)器件。出于多种原因，期望的是提供增强模式(即，常截止型)GaN基FET。例如，当采用耗尽模式FET作为功率源极的开关器件吋，必须连续向栅极电极施加至少等于栅极阈值的偏置电压，以保持开关处于截止状态。这样的布置会消耗过多的功率。另ー方面，如果采用增强模式FET，则即使在没有施加电压的情况下也可以保持开关处于截止状态，由此消耗的功率较少。遗憾的是，虽然已经尝试制造GaN基增强模式FET，但是通常不令人满意，这是由于存在诸如导通状态电导差且击穿电压差的问题。
技术实现思路
根据本专利技术，ー种电路包括输入漏极节点、输入源极节点和输入栅极节点。该电路还包括具有源极、漏极和栅极的III族氮化物耗尽模式FET，其中，耗尽模式FET的栅极联接到使耗尽模式FET保持在其导通状态的电势。另外，该电路还包括具有源极、漏极和栅极的增强模式FET。耗尽模式FET的源极串联联接到增强模式FET的漏极。耗尽模式FET的漏极用作输入漏极节点，增强模式FET的源极用作输入源极节点，并且增强模式FET的栅极用作输入栅极节点。根据本专利技术的ー个方面，III族氮化物可以包括GaN。 根据本专利技术的另ー个方面，耗尽模式FET可以是额定电压大于约100V的高压FET。根据本专利技术的另ー个方面，III族氮化物耗尽模式FET可以包括衬底；第一有源层，所述第一有源层设置在所述衬底的上方；以及第二有源层，所述第二有源层设置在所述第一有源层上。所述第二有源层具有比所述第一有源层高的带隙，使得在所述第一有源层和所述第二有源层之间产生ニ维电子气层。在所述第二有源层上设置快闪层，并且在所述快闪层上设置源极接触、栅极接触和漏极接触。根据本专利技术的另ー个方面，所述第一有源层可以包含GaN，并且所述第二有源层可以包含III族氮化物半导体材料。根据本专利技术的ー个方面，所述第二有源层可以包含AlxGahN,其中0〈X〈I。根据本专利技术的另ー个方面，所述第二有源层可以选自由AlGaN、AlInN和AlInGaN组成的组。根据本专利技术的另ー个方面，在所述衬底和所述第一有源层之间还可以设置成核层。根据本专利技术的另ー个方面，所述快闪层可以包含金属Al。根据本专利技术的另ー个方面，所述快闪层可以包含金属Ga。根据本专利技术的另ー个方面，所述快闪层可以是形成自然氧化物层的经退火的快闪层。根据本专利技术的另ー个方面，所述第二有源层和所述快闪层可以包括形成在其内的第一凹进部和第二凹进部，并且所述源极接触和所述漏极接触可以分别设置在所述第一凹进部和所述第二凹进部中。附图说明图I示出传统GaN基FET的一个实例。图2示出根据本专利技术构建的电路的ー个实例。图3和图4示出图2中所示电路的电流-电压特性曲线。图5示出图2中所示电路的电流与栅源电压的对比。图6示出图2中所示电路中可以采用的氮化镓基FET的ー个实例。图7和图8示出图2中所示电路中可以采用的氮化镓(GaN) FET的可供选择的实例。具体实施例方式本专利技术的专利技术者已经认识到，使用具有类似操作特性的GaN基耗尽模式结构来替代制造半导体GaN基的增强模式FET半导体结构，可以容易实现这种结构的理想操作特性。即，如以下所详述的，本专利技术将GaN基耗尽模式FET与ー个或多个其它组件相结合，使得所得器件用作增强模式FET。例如，在本专利技术的ー个具体实施例中，将GaN基耗尽模式FET与增强模式FET串联布置，从而提供了在其它方面具有GaN基耗尽模式FET的特性的增强模式器件。可以采用例如共源极、共栅极、共漏极、源极跟随器等的各种已知方式来连接单独的FET器件，以提供所期望的不同操作特性，从而符合特定目的的要求。也可以将两个这样的器件连接在一起，以提供只用一个器件不能得到的多种可能的输入和输出特性。这样的ー个实例是通常使用的“串叠”构造，在该构造中，第一级器件以共源极构造连接，并且其输 出转到第二器件的输入，第二器件以共栅极构造连接。所得结构是具有高输入阻抗、低噪声且高增益的器件。图2示出根据本专利技术构建的电路100的ー个实例。GaN基耗尽模式FET 110的源极连接到增强模式FET 120的漏扱。增强模式FET 120可以是，例如，通用的硅基或者GaAs基器件。耗尽模式FET 100的栅极接地，使得FET 110—直导通。在图2的实例中，通过将FET 110的栅极接地来保持FET 120的导通状态。增强模式FET 120的源极接地。耗尽模式FET 110的漏极用作电路100的漏极D。增强模式FET 120的源极用作电路100的源极S。同样，增强模式FET 120的栅极用作电路100的栅极G。可以參照图3和图4中所示的电流-电压特性曲线来说明电路100的操作。只是出于示例的目的而不是对本专利技术的限制，FET 110和120都是η-型，但是可供选择的，也可以使用P-型器件。图3示出增强模式FET 120的电流-柵源电压。在该实例中示出FET120的夹断电压是5V。图4示出耗尽模式FET 110的电流与栅源电压的对比。在该实例中示出耗尽模式FET 110的夹断电压是-6V。图4示出的是，如果栅源电压VGS是OV或更大，则耗尽模式FETllO将保持导通状态。由于在该实例中示出FET 110的栅极接地，因此耗尽模式FET—直导通。图3示出的是，如果施加5V或更大的栅源电压VGS，则增强模式FET 120—直导通。由于电流需要沿着从耗尽模式FET 110的漏极D向增强模式FET 120的源极S的路径流动，因此通过将栅极电压G变为5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2007.03.20 US 11/725,7601.一种电路,包括 输入漏极节点、输入源极节点和输入栅极节点； 具有源极、漏极和栅极的耗尽模式FET，其中，所述耗尽模式FET是具有大于约IOOV的额定电压的高压FET， 其中，所述耗尽模式FET的栅极联接到使所述耗尽模式FET保持在其导通状态的电势； 具有源极、漏极和栅极的增强模式FET，其中，所述增强模式FET是硅基器件或者GaAs基器件，并且其中，所述耗尽模式FET的所述源极串联联接到所述增强模式FET的所述漏极，并且 其中，所述耗尽模式FET的所述漏极用作所述输入漏极节点，所述增强模式FET的所述源极用作所述输入源极节点，并且所述增强模式FET的所述栅极用作所述输入栅极节点。2.根据权利要求I所述的电路，其中，所述耗尽模式FET是III族氮化物耗尽模式FET。3.根据权利要求2所述的电路，其中，所述III族氮化物包括GaN。4.根据权利要求2所述的电路，其中，所述III族氮化物耗尽模式FET包括 衬底； 设置在所述衬底的上方的第一有源层； 设置在所述第一有源层上的第二有源层，所述第二有源层具有比所述第一有源层高的带隙以使得在所述第一有源层和所述第二有源层之间产生ニ维电子气层； 设置在所述第二有源层上的快闪层；以及 设置在所述快闪层上的源极接触、栅极接触和漏极接触。5.根据权利要求4所述的电路，其中，所述第一有源层包含GaN并且所述第二有源层包含III族氮化物半导体材料。6.根据权利要求5所述的电路，其中，所述第二有源层包含AlxGai_xN，其中0〈X〈1。7.根据权利要求5所述的电路，其中，所述第二有源层选自由AlGaN、AlInN和AlInGaN组成的组。8.根据权利要求4所述的电路，还包括设置在所述衬底和所述第一有源层之间的成核层。9.根据权利要求4所述的电路，其中，所述快闪层包含金属Al。10.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·墨菲，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：