III族氮化物双向器件制造技术

本文公开了III族氮化物双向器件的各个实施方式。这种双向器件包括衬底、位于衬底之上的背部沟道层以及位于背部沟道层之上的器件沟道层和器件势垒层。器件沟道层和器件势垒层被配置为产生器件二维电子气(2DEG)。此外，III族氮化物双向器件包括形成在器件势垒层之上的相应第一耗尽部分和第二耗尽部分上的第一栅极和第二栅极。III族氮化物双向器件还包括位于背部沟道层和器件沟道层之间的背部势垒。III族氮化物双向器件的背部沟道层的极化基本等于器件沟道层的极化。

【技术实现步骤摘要】
III族氮化物双向器件
本申请涉及半导体技术，更具体地涉及III族氮化物双向器件。
技术介绍
I.定义如本文所使用的，术语“III族氮化物”或“III-N”表示如下化合物半导体，其包括氮和至少一个III族元素，诸如铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)和硼(B)，并且例如包括但不限于其任何合金，诸如氮化铝镓(AlxGa1-xN)、氮化铟镓(InyGa1-yN)、氮化铝铟镓(AlxInyGa1-x-yN)、氮化镓砷磷(GaAsaPbN1-a-b)、氮化铝铟镓砷磷(AlxINyGa(1-x-y)AsaPbN(1-a-b))。III-N通常还表示任何极性，包括但不限于Ga极化、N极化、半极化或非极化的晶向。III-N材料还可以包括纤维锌矿、闪锌矿或混合多型体，并且可以包括单晶、单晶体、多晶或非晶结构。如本文所使用的，氮化镓或GaN表示III-N化合物半导体，其中III族元素包括一些或大量的镓，但是还可以包括除镓之外的其他III族元素。此外，如本文所使用的，术语“IV族”表示包括至少一个IV族元素(诸如硅(Si)、锗(Ge)和碳(C))的半导体，并且例如还可以包括化合物半导体，诸如硅锗(SiGe)和碳化硅(SiC)。IV族还表示包括多于一层的IV族元素或IV族元素的掺杂的半导体材料以产生应变IV族材料，并且例如还可以包括基于IV族的复合衬底，诸如硅上单晶或多晶SiC、绝缘体上硅(SOI)、注氧隔离(SIMOX)工艺衬底和蓝宝石上硅(SOS)。注意，如本文所使用的，关于晶体管或开关的术语“低压”或“LV”描述具有多达近似50伏特(50V)的电压范围的晶体管或开关。进一步注意，术语“中压”或“MV”表示近似50伏特至近似两百伏特(近似50V至200V)的电压范围。此外，如本文所使用的，术语“高压”或“HV”表示近似两百伏特至近似一千二百伏特(近似200V至1200V)或更高的电压范围。II.
技术介绍
III-V族氮化物半导体器件(诸如基于氮化镓(GaN)的晶体管)是可以使用极化场来操作以生成二维电子气(2DEG)从而允许具有低电阻损失的大电流密度的器件。结果，III族氮化物半导体器件(诸如耗尽模式(即，常开型)大电子迁移率晶体管(HEMT))被用于许多功率应用。然而，在一些功率管理应用中，功率器件的常关型特性可能是期望的。例如，增强模式(即常关型)III族氮化物双向晶体管用在矩阵转换器中可能是有利的。在这样的情况下，具有期望的通态特性的常关型III-氮化物双向晶体管可以通过在两个晶体管栅极中的每一个的下方引入耗尽2DEG的特征来实施。不幸的是，由于双向晶体管截止时两个栅极之间的泄漏电流，用于制造常关型III族氮化物双向晶体管的一些传统技术会导致大量的功率损失。
技术实现思路
本公开针对一种III族氮化物双向器件，基本如结合至少一幅附图所示和/或所述以及权利要求中所阐述。附图说明图1示出了根据一个实施方式的示例性III族氮化物双向器件的截面图。图2示出了根据另一个实施方式的示例性III族氮化物双向器件的截面图。图3A示出了根据一个实施方式的适合用于图1和图2的III族氮化物双向器件的示例性背部势垒的截面图。图3B示出了根据另一个实施方式的适合用于图1和图2的III族氮化物双向器件的示例性背部势垒的截面图。图3C示出了根据另一个实施方式的适合用于图1和图2的III族氮化物双向器件的示例性背部势垒的截面图。图3D示出了根据另一个实施方式的适合用于图1和图2的III族氮化物双向器件的示例性背部势垒的截面图。图3E示出了根据另一个实施方式的适合用于图1和图2的III族氮化物双向器件的示例性背部势垒的截面图。图3F示出了根据另一个实施方式的适合用于图1和图2的III族氮化物双向器件的示例性背部势垒的截面图。图4A示出了根据又一实施方式的适合用于图1和图2的III族氮化物双向器件的示例性背部势垒的截面图。图4B示出了根据另一个实施方式的适合用于图1和图2的III族氮化物双向器件的示例性背部势垒的截面图。图4C示出了根据另一个实施方式的适合用于图1和图2的III族氮化物双向器件的示例性背部势垒的截面图。具体实施方式以下描述包含属于本公开的实施方式的具体信息。本领域技术人员将意识到，可以以不同于本文所具体讨论的方式来实施本公开。本申请的附图及其所附的详细说明仅仅是示例性的实施方式。除非另有指定，否则附图中类似或对应的元件可以通过类似或对应的参考标号来表示。此外，本申请的附图不按比例绘制，并且不用于对应于实际的相对尺寸。如上所述，III族氮化物半导体器件(诸如基于氮化镓(GaN)的晶体管)是可以使用极化场来操作以生成二维电子气(2DEG)从而允许具有低电阻损失的大电流密度的器件。结果，GaN或其他基于III族氮化物半导体的晶体管可以有利地用作高压(HV)双向器件。此外，在期望功率器件的常关型特性的功率管理应用中，可以通过在两个晶体管栅极中的每一个的下方引入耗尽2DEG的特征来实施具有期望通态特性的增强模式(即，常关型)III族氮化物双向晶体管。然而，进一步如上所述，用于制造常关型III族氮化物双向晶体管的一些传统技术会由于双向晶体管截止时两个栅极之间的泄漏电流而导致大量的功率损失。本申请针对一种III族氮化物双向器件，其被配置为使得显著降低或基本消除在截止状态期间双向晶体管栅极之间的泄漏电流。从而，可以使本申请公开的III族氮化物双向器件在其截止状态期间的功率损失基本最小化。根据本专利技术概念的各个实施方式，背部势垒(backbarrier)上覆形成在提供III族氮化物双向器件的结构中的背部沟道层。背部沟道层被配置为具有与上覆背部势垒的器件沟道层的极化基本相等的极化。在一个实施方式中，背部势垒可以在背部沟道层中生成背部2DEG以及在器件沟道层中生成二维空穴气(2DHG)。图1示出了根据一个实施方式的包括这种背部势垒的示例性III族氮化物双向器件100的截面图。如图1所示，III族氮化物双向器件100包括衬底110以及均位于衬底110之上的过渡主体122、缓冲层124和背部沟道层128。此外，图1示出了位于背部沟道层128之上的器件沟道层142以及位于器件沟道层142之上的器件势垒层144以产生器件2DEG146。图1还示出了背部势垒130，其具有底表面132和顶表面134，并且其位于背部沟道层128与器件沟道层142之间。背部沟道层128被配置为具有与器件沟道层142的极化基本相等的极化。此外，根据图1所示的示例性实施方式，背部势垒130被配置为在背部沟道层128中产生背部2DEG126以及在器件2DEG146下方在器件沟道层142中产生2DHG136。III族氮化物双向器件100还包括漏/源电极102、源/漏电极104以及位于漏/源电极102与源/漏电极104之间的第一栅极106a和第二栅极106b。还如图1所示，第一栅极106a和第二栅极106b形成在位于器件势垒层144之上的相应的第一耗尽部分112a和第二耗尽部分112b上。注意，尽管每一个漏/源电极102和源/漏电极104可以可选地用作III族氮化物双向器件100的漏极或源极接触，但为了本公开的目的，当III族氮化物双向器件100截止时，漏/源电极102和第二栅极106b处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种III族氮化物双向器件，包括：衬底；背部沟道层，位于所述衬底之上；器件沟道层和器件势垒层，位于所述背部沟道层之上，所述器件沟道层和所述器件势垒层被配置为产生器件二维电子气(2DEG)；第一栅极和第二栅极，形成在位于所述器件势垒层之上的相应的第一耗尽部分和第二耗尽部分上；背部势垒，位于所述背部沟道层与所述器件沟道层之间；其中，所述背部沟道层的极化基本等于所述器件沟道层的极化。

【技术特征摘要】
2015.11.02 US 14/929,8561.一种III族氮化物双向器件，包括：衬底；背部沟道层，位于所述衬底之上；器件沟道层和器件势垒层，位于所述背部沟道层之上，所述器件沟道层和所述器件势垒层被配置为产生器件二维电子气(2DEG)；第一栅极和第二栅极，形成在位于所述器件势垒层之上的相应的第一耗尽部分和第二耗尽部分上；背部势垒，位于所述背部沟道层与所述器件沟道层之间；其中，所述背部沟道层的极化基本等于所述器件沟道层的极化。2.根据权利要求1所述的III族氮化物双向器件，其中，所述III族氮化物双向器件是增强模式的常关型双向晶体管。3.根据权利要求1所述的III族氮化物双向器件，其中，所述第一栅极和所述第二栅极与相应的所述第一耗尽部分和所述第二耗尽部分进行欧姆接触。4.根据权利要求1所述的III族氮化物双向器件，其中，所述第一栅极和所述第二栅极与相应的所述第一耗尽部分和所述第二耗尽部分进行肖特基接触。5.根据权利要求1所述的III族氮化物双向器件，其中，所述背部势垒产生以下中的至少一种：在所述背部沟道层中的背部2DEG和在所述器件沟道层中的二维空穴气(2DHG)。6.根据权利要求1所述的III族氮化物双向器件，其中，所述背部势垒的顶表面处的铝浓度基本等于所述背部势垒的底表面处的铝浓度。7.根据权利要求1所述的III族氮化物双向器件，其中，所述背部势垒的顶表面处的铝浓度小于或大于所述背部势垒的底表面处的铝浓度。8.根据权利要求1所述的III族氮化物双向器件，其中，所述背部势垒包括多个III族氮化物层，并且其中所述背部势垒的邻接层具有不同的相应铝浓度。9.根据权利要求8所述的III族氮化物双向器件，其中，所述多个III族氮化物层的底层具有的厚度显著大于或显著小于所述多个III族氮化物层的顶层的厚度。10.一种III族氮化物双向器件，包括：衬底；氮化镓(GaN)背部沟道层，位于所述衬底之上；GaN器件沟道层和AlGaN器件势垒层，位于所述GaN背部沟道层之上，所述GaN器件沟道层和所述AlGaN器件势垒层被配...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·普雷科托，O·黑伯伦，C·奥斯特梅尔，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT