DE112005000222B4 - III-nitride current control device and manufacturing method - Google Patents

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Abstract

III-Nitrid-Stromsteuervorrichtung (31; 41; 56; 60; 70), umfassend: – einen Leitungskanal, gebildet an einer Schnittstelle (15) zwischen zwei III-Nitridmaterialien (14, 16; 74, 75), welche unterschiedliche In-Plane-Gitterkonstanten oder unterschiedliche Bandlücken aufweisen; – eine erste Elektrode (19; 52; 55; 62; 55; 78), gekoppelt mit dem Leitungskanal, um Kanalstrom zu transportieren; – eine zweite Elektrode (18, 30; 18, 40; 54, 50; 54, 61; 77A, 77B) gekoppelt mit dem Leitungskanal und betriebsbereit, den Leitungskanal zu beeinflussen, um die Stromleitung zwischen der ersten Elektrode (19; 52; 55; 62; 55; 78) und der zweiten Elektrode (18, 30; 18, 40; 54, 50; 54, 61; 77A, 77B) durch den Leitungskanal zu kontrollieren; wobei – die zweite Elektrode (18, 30; 18, 40; 54, 50; 54, 61; 77A, 77B) einen ohmschen Kontakt (18; 54; 77A) und einen gleichrichtenden Kontakt (30; 40; 50; 61; 77B) umfasst; wobei der gleichrichtende Kontakt (30; 40; 50; 60; 77A) auf dem ohmschen Kontakt (18; 54; 77B) liegt; und wobei – die erste Elektrode (19; 52; 55; 62; 5; 78) einen weiteren ohmschen Kontakt (19; 55; 78) umfasst.A III-nitride current control device (31; 41; 56; 60; 70) comprising: - a conduction channel formed at an interface (15) between two III-nitride materials (14, 16; 74, 75) having different in-planes Have lattice constants or different band gaps; - a first electrode (19; 52; 55; 62; 55; 78) coupled to the duct to carry duct power; A second electrode (18, 30, 18, 40, 54, 50, 54, 61, 77A, 77B) coupled to the duct and operable to affect the duct to conduct the power between the first electrode (19, 52, 55 62, 55, 78) and the second electrode (18, 30, 18, 40, 54, 50, 54, 61, 77A, 77B) through the duct; wherein - said second electrode (18, 30; 18, 40; 54, 50; 54, 61; 77A, 77B) comprises an ohmic contact (18; 54; 77A) and a rectifying contact (30; 40; 50; 61; 77B ); wherein the rectifying contact (30; 40; 50; 60; 77A) lies on the ohmic contact (18; 54; 77B); and wherein - the first electrode (19; 52; 55; 62; 5; 78) comprises a further ohmic contact (19; 55; 78).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Klasse von Feldeffekt-Stromreglern und im Speziellen auf Gleichrichter und Strombegrenzer, die mittels III-Nitrid-Materialsystemen gebaut werden.The present invention generally relates to a class of field effect current regulators, and more particularly to rectifiers and current limiters constructed using III-nitride material systems.

Es sind gegenwärtig III-Nitrid-Halbleiter bekannt, die ein großes dielektrisches Durchschlagfeld von mehr als 2,2 MV/cm aufweisen. III-Nitrid-Strukturen mit Heteroübergang sind zudem in der Lage, extrem hohe Stromstärken zu führen, wodurch Geräte, die aus III-Nitrid-Materialsystemen hergestellt werden, sich ausgezeichnet für Starkstromanwendungen eignen.There are currently known III-nitride semiconductors which have a large dielectric breakdown field of more than 2.2 MV / cm. Heterojunction III-nitride structures are also capable of delivering extremely high currents, making devices made of III-nitride material systems ideal for high-current applications.

Die Entwicklung von Bauelementen auf der Grundlage von III-Nitrid-Materialien ist generell auf Hochleistungs-/Hochfrequenzanwendungen ausgerichtet, wie z. B. Emitter für Mobilfunkbasisstationen. Die für diese Art von Anwendungen hergestellten Bauelemente basieren auf allgemeinen Gerätestrukturen, die eine hohe Elektronenbeweglichkeit aufweisen, und werden oft als Heterostruktur-Feldeffekttransistor (HFET), Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMT) oder modulationsdotierte Feldeffekttransistoren (MODFET) bezeichnet. Diese Art von Bauelementen ist typischerweise in der Lage, hohen Spannungen, wie z. B. im Bereich von 100 Volt, zu widerstehen, wobei sie mit hohen Frequenzen, normalerweise im Bereich von 2–100 GHz, arbeiten. Diese Art von Bauelementen kann für einige Anwendungen modifiziert werden, sie funktionieren aber typischerweise durch die Anwendung piezoelektrischer Polarisationsfelder, um ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) zu erzeugen, das den Transport hoher Stromdichten mit sehr niedrigen Widerstandsverlusten ermöglicht. Das 2DEG wird bei diesen herkömmlichen III-Nitrid-HEMT-Bauelementen an der Grenzfläche der AlGaN- und GaN-Materialien gebildet. Aufgrund der Art der AlGaN-/GaN-Grenzfläche und der Bildung von 2DEG an der Grenzfläche sind Bauelemente, die nach dem III-Nitrid-System hergestellt werden, oft Normal-AUF-Bauelemente oder Bauelemente mit Sperrschichtmodus. Die hohe Elektronenbeweglichkeit des 2DEG an der Grenzfläche der AlGaN-/GaN-Schichten gestattet es dem III-Nitrid-Bauelement, wie z. B. einem HEMT-Element, ohne die Anwendung eines Gatepotentials als Leiter zu wirken. Dadurch, dass die bisher hergestellten HEMT-Bauelemente Normal-AUF-Elemente sind, ist ihre Verwendbarkeit für Starkstrommanagement eingeschränkt. Die Grenzen der Normal-AUF-Elemente werden dadurch sichtbar, dass ein Steuerkreis benötigt wird, bevor der Strom sicher durch ein III-Nitrid-HEMT-Element geregelt werden kann. Dementsprechend ist es zudem wünschenswert, ein III-Nitrid-HEMT-Bauelement zu schaffen, dass Normal ZU ist, um während der Inbetriebnahme und anderer Betriebsmodi Probleme bei der Stromleitung zu vermeiden.The development of devices based on III-nitride materials is generally focused on high power / high frequency applications such B. Emitter for mobile base stations. The devices fabricated for this type of application are based on general device structures that have high electron mobility, and are often referred to as a heterostructure field effect transistor (HFET), high electron mobility transistors (HEMT), or modulation doped field effect transistors (MODFETs). This type of device is typically able to withstand high voltages, such as high voltages. In the range of 100 volts, operating at high frequencies, usually in the range of 2-100 GHz. This type of device can be modified for some applications, but it typically functions by the use of piezoelectric polarization fields to produce a two-dimensional electron gas (2DEG) that enables the transport of high current densities with very low resistive losses. The 2DEG is formed in these conventional III-nitride HEMT devices at the interface of the AlGaN and GaN materials. Due to the nature of the AlGaN / GaN interface and the formation of 2DEG at the interface, devices fabricated by the III-nitride system are often normally-on or junction-mode devices. The high electron mobility of the 2DEG at the interface of the AlGaN / GaN layers allows the III-nitride device such. B. a HEMT element, without the application of a gate potential as a conductor to act. Due to the fact that the previously manufactured HEMT components are normal OPEN elements, their usability for heavy current management is limited. The boundaries of the normal OPEN elements are revealed by the fact that a control circuit is needed before the current can be safely controlled by a III-nitride HEMT element. Accordingly, it is also desirable to provide a III-nitride HEMT device that is normal CLOSE to avoid powerline problems during startup and other modes of operation.

Ein Nachteil der III-Nitrid-HEMT-Bauelemente, die hohe Stromdichten mit niedrigen Widerstandsverlusten gestatten, ist die begrenzte Dicke, die mit dem gespannten AlaN-/GaN-System erreicht werden kann. Der Unterschied der Gitterstrukturen dieser Materialien erzeugt eine Spannung, die zu einer Versetzung der die verschiedenen Schichten bildenden Filme führen kann. Das führt zu einem hohen Maß an Stromverlusten z. B. durch eine Sperrschicht. Einige frühere Modelle konzentrierten sich auf die Reduzierung der in-plane Gitterkonstanten der AlGaN-Schicht, um sich dem Punkt anzunähern, wo eine Entspannung entsteht und somit das Auftreten der Versetzung und des Stromverlustes verringert wird. Durch diese Modelle wird allerdings nicht das Problem der begrenzten Dicke behoben.A disadvantage of the III-nitride HEMT devices that allow high current densities with low resistance losses is the limited thickness that can be achieved with the strained AlaN / GaN system. The difference in the lattice structures of these materials creates a stress that can lead to dislocation of the films forming the various layers. This leads to a high level of power losses z. B. by a barrier layer. Some earlier models focused on reducing the in-plane lattice constants of the AlGaN layer to approach the point where relaxation occurs, thus reducing the occurrence of offset and current loss. However, these models do not solve the problem of limited thickness.

US 2002/0 017 696 A1 beschreibt ein spezielles Halbleiterbauteil mit Avalanche-Eigenschaften. Dabei sind die Anoden- und Kathoden-Elektroden aus einer AlGaN-Schicht vom n-Typ gebildet. Eine undotierte GaN-Schicht ist auf der AlGaN-Schicht zwischen den Anoden- und Kathoden-Elektroden gebildet. Die Feldplattenelektrode verhindert, dass es sich die Durchbruchsspannung zwischen der Anoden- und Kathode-Elektrode verringert. US 2002/0 017 696 A1 describes a special semiconductor device with avalanche properties. In this case, the anode and cathode electrodes are formed of an n-type AlGaN layer. An undoped GaN layer is formed on the AlGaN layer between the anode and cathode electrodes. The field plate electrode prevents it from lowering the breakdown voltage between the anode and cathode electrodes.

KUMAR V. beschreibt Hoch-Transkonduktanz-AlGaN-/GaN HEMT vom Anreicherungstyp auf SiC-Substrat. Siehe Electronic letters, Vol. 39, 2003, Nr. 24, 1758 bis 1760.KUMAR V describes high-transconductance AlGaN / GaN HEMT of the enhancement type on SiC substrate. See Electronic letters, Vol. 39, 2003, No. 24, 1758-1760.

Eine andere Lösung ist das Hinzufügen von Isolierschichten, um die Probleme des Stromverlustes zu beheben. Das Hinzufügen einer Isolierschicht kann den Stromverlust durch die Grenzschicht verringern, typische Schichten, die für diese Zwecke verwendet werden, sind Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Saphir oder andere Isolatoren, die zwischen die AlGaN- und Metallgate-Schichten eingebracht werden. Diese Art von Bauelementen wird oftmals MISHFET genannt und hat einige Vorteile gegenüber den herkömmlichen Bauelementen ohne Isolierschicht.Another solution is to add insulating layers to solve the problems of power loss. The addition of an insulating layer can reduce the current leakage through the barrier layer; typical layers used for these purposes are silicon oxide, silicon nitride, sapphire, or other insulators placed between the AlGaN and metal gate layers. This type of device is often called MISHFET and has several advantages over conventional devices without an insulating layer.

Während zusätzliche Isolierschichten ermöglichen können, dass dickere gespannte AlGaN-/GaN-Systeme gebaut werden, führt die Sperrschicht, die durch die zusätzliche Isolierung gebildet wird, dazu, dass sich die Stromleitungskapazität aufgrund der an den Elektronen der GaN-/Isolatorgrenzfläche erzeugten Streuwirkung verringert. Die zusätzliche Grenzfläche zwischen der AlGaN-Schicht und dem Isolator bewirkt zudem die Schaffung eines Grenzflächentrennzustandes, der die Reaktion des Bauelements verlangsamt. Die zusätzliche Dicke des Oxids, sowie die zusätzlichen Grenzflächen zwischen den zwei Schichten führen auch dazu, dass größere Gate-Antriebsspannungen verwendet werden, um das Bauelement zu schalten.While additional insulating layers may allow thicker strained AlGaN / GaN systems to be built, the barrier layer formed by the additional insulation will reduce the power line capacitance due to the scattering effect created at the electrons of the GaN / insulator interface. The additional interface between the AlGaN layer and the insulator also creates an interface separation state that slows down the device's response. The additional thickness of the oxide as well as the additional interfaces between the two layers also lead to larger gate sizes. Drive voltages can be used to switch the device.

Herkömmliche Bauelemente, die Nitrid-Materialien verwenden, um Normal-AUF-Elemente zu erhalten, vertrauen auf diesen zusätzlichen Isolator, der als Grenzschicht fungiert, und können die oberste AlGaN-Schicht reduzieren oder entfernen. Jedoch weisen diese Bauelemente aufgrund der Streuwirkung an der GaN-Isolator-Grenzfläche normalerweise geringere Stromleitungskapazitäten auf.Conventional devices that use nitride materials to obtain normal OPEN elements rely on this additional insulator, which acts as an interface, and can reduce or remove the top AlGaN layer. However, due to the scattering effect at the GaN-insulator interface, these devices typically have lower power line capacitances.

Dementsprechend wäre es wünschenswert, ein Heterostruktur-Bauelement oder FET herzustellen, das weniger Stromverlust und eine geringere Anzahl an Grenzflächen und Schichten aufweist, und das dennoch hohe Spannungen aushalten kann und hohe Stromdichten mit niedrigen Widerstandsverlusten erzeugt. Zurzeit werden mit Hilfe verschiedener Technologien Planarbauelemente mit GaN- und AlGaN-Legierungen hergestellt, einschließlich MOCVD (metallorganische Gasphasendeposition) sowie Molekularstrahlepitaxie (MBE) und Hydridgasphasenepitaxie (HVPE).Accordingly, it would be desirable to fabricate a heterostructure device or FET that has less power loss and fewer interfaces and layers, and yet can withstand high voltages and generate high current densities with low resistive losses. Planar devices with GaN and AlGaN alloys, including MOCVD (metal organic vapor deposition) and molecular beam epitaxy (MBE) and hydride gas phase epitaxy (HVPE), are currently being produced using various technologies.

Materialien wie Gallium-Nitrid-Materialsysteme können Gallium-Nitrid (GaN) sowie seine Legierungen wie Aluminium-Gallium-Nitrid (AlGaN), Indium-Gallium-Nitrid (InGaN) und Indium-Aluminium-Gallium-Nitrid (InAlGaN) enthalten. Diese Materialien sind Halbleiterverbindungen, die eine relativ breite direkte Bandlücke aufweisen, die es ermöglicht, dass hochenergetische elektronische Übergänge auftreten. Gallium-Nitrid-Materialien wurden auf einer Anzahl unterschiedlicher Substrate aufgebracht, einschließlich Siliziumkarbid (SiC), Saphir und Silizium. Siliziumsubstrate sind leicht verfügbar und relativ preiswert, die Technologie der Siliziumverarbeitung ist gut entwickelt.Materials such as gallium nitride material systems may include gallium nitride (GaN) as well as its alloys such as aluminum gallium nitride (AlGaN), indium gallium nitride (InGaN), and indium aluminum gallium nitride (InAlGaN). These materials are semiconductor compounds that have a relatively broad direct band gap that allows high energy electronic transitions to occur. Gallium nitride materials have been deposited on a number of different substrates, including silicon carbide (SiC), sapphire, and silicon. Silicon substrates are readily available and relatively inexpensive, and the technology of silicon processing is well developed.

Dennoch bietet das Aufbringen von Gallium-Nitrid-Materialien auf Siliziumsubstrate zur Herstellung von Halbleitern Herausforderungen, die aus den Unterschieden der Gitterkonstante, der thermischen Ausdehnung und der Bandlücke zwischen Silizium und Galliumnitrid herrühren. Die Probleme, die mit den nicht passenden Gitterstrukturen zwischen GaN und den traditionellen Substratmaterialien verbunden sind, herrschen ebenfalls in den Materialschichtstrukturen vor, die GaN und GaN-Legierungen enthalten. So haben zum Beispiel GaN- und AlGaN-Materialien Gitterstrukturen, die deutlich genug voneinander abweichen, um eine Grenzflächenspannung zwischen den Schichten zu erzeugen, was zur piezoelektrischen Polarisierung beiträgt. Bei vielen früheren Bauelementen werden die durch die piezoelektrische Polarisierung erzeugten Felder gesteuert, um die Merkmale der Bauelemente zu verbessern. Abweichungen bei Aluminiumgehalt der AlGaN-/GaN-Schichtstrukturen führen zu einer Veränderung der Gitterungleichheit zwischen den Materialien und damit zu unterschiedlichen Merkmalen der Bauelement, wie z. B. verbesserte Leitfähigkeit oder Isolationsbarrieren.However, the application of gallium nitride materials to silicon substrates for semiconductor fabrication presents challenges stemming from the differences in lattice constant, thermal expansion, and bandgap between silicon and gallium nitride. The problems associated with the non-matching grating structures between GaN and the traditional substrate materials also prevail in the material layer structures containing GaN and GaN alloys. For example, GaN and AlGaN materials have lattice structures that differ significantly enough to create interfacial tension between the layers, which contributes to piezoelectric polarization. In many prior devices, the fields generated by the piezoelectric polarization are controlled to improve the features of the devices. Deviations in the aluminum content of the AlGaN / GaN layer structures lead to a change in the lattice inequality between the materials and thus to different features of the device, such. B. improved conductivity or isolation barriers.

Eine spezielle Anwendung, die von einer Halbleiterstruktur mit einem niedrigen Durchlasswiderstand oder einem Spannungsabfall profitieren würde, ist ein Gleichrichter. Auf herkömmliche Weise sind Gleichrichter in Starkstromanwendungen oftmals als Synchrongleichrichter gesteuert, wobei eine Diode die Spannungsblockierfunktion des Gleichrichters ausführt und ein Synchronschalter in der Diode die Stromleitung übernimmt, wenn die Diode in Durchlassrichtung vorgespannt ist, um einen AN-Widerstand und einen Spannungsabfall der Durchlassspannung der Diode zu vermeiden. Diese Art Anordnung erfordert eine Schaltsteuerung für den Schalter, so dass dieser angeschaltet wird, wenn die Diode in Vorwärtsleitung betrieben werden soll. Diese Art herkömmlicher Synchrongleichrichter wird oft in Starkstromanwendungen verwendet, um die Nachteile der als Gleichrichter verwendeten Dioden zu vermeiden, wie z. B. ein Abfallen der Durchlassspannung, das die Energieeffektivität verringert und zudem zu thermischen Betriebsproblemen beitragen kann. Da jedoch der Synchronschalter, der mit der Diode verwendet wird, um einen Synchrongleichrichter zu bilden, normalerweise ein Leistungsschalter ist, wird eine Ansteuereinheit verwendet, um den Schalter in Starkstromanwendungen zu bedienen. Es wäre deshalb wünschenswert, einen Gleichrichter zu erhalten, der keine zusätzlichen Steueroperationen erfordert und dennoch einen niedrigen Abfall der Durchlassspannung beibehält.A particular application that would benefit from a semiconductor structure with a low on-resistance or voltage drop is a rectifier. Conventionally, in high power applications, rectifiers are often controlled as a synchronous rectifier, with a diode performing the voltage blocking function of the rectifier and a synchronous switch in the diode taking over the power line when the diode is forward biased to provide an on resistance and a voltage drop of the forward voltage of the diode to avoid. This type of arrangement requires switching control for the switch so that it is turned on when the diode is to be operated in forward conduction. This type of conventional synchronous rectifier is often used in heavy current applications to avoid the disadvantages of the diodes used as rectifiers, such as. B. a drop in the forward voltage, which reduces the energy efficiency and also can contribute to thermal operating problems. However, because the synchronous switch used with the diode to form a synchronous rectifier is normally a power switch, a drive unit is used to service the switch in heavy current applications. It would therefore be desirable to obtain a rectifier that does not require additional control operations while still maintaining a low drop in forward voltage.

Ein weiteres Bauelement, das die Menge des durchfließenden Stroms begrenzen kann, ist ein Pinch-Widerstand. Ein Pinch-Widerstand wird normalerweise in einem Halbleitermaterial mit zwei unterschiedlichen Arten von leitfähigen Materialien hergestellt. So wird z. B. ein positiv leitendes Material in einer negativen Zone angeordnet und eine N+-Zone wird teilweise über dem P-Material gebildet. Der Widerstand des Pinch-Widerstandes wird durch den Flächenwiderstand des P-Materials unter der überlappenden N+-Zone und die Abmessungen des überlappten P-Materials bestimmt. Der Strom in dem Bauelement wird in einem Kanal geleitet, der durch das gegenüberlegende Halbleitermaterial „abgeschnürt” ist. Durch diese Anordnung kann in einem sehr kleinen Bereich ein sehr hoher Widerstand gebildet werden, um die Stromstärke in einem gegebenen Strombereich wirksam zu begrenzen. Dennoch ist diese Art von Bauelementen aufgrund der während ihrer Herstellung verwendeten Technologie oftmals ungenau. Bei einigen Anordnungen wird der Strom durch das Bauelement durch einen Spannungserzeuger in dem Bauelement wirksam begrenzt, der dazu dienen kann, den Kanal zur Begrenzung der Stromstärke zu steuern. Bei herkömmlichen Bauelementen sind die Stromstärken, die in Pinch-Widerständen übertragen werden können, relativ niedrig, sodass Starkstromanwendungen dazu tendieren, etwas kompliziert zu sein.Another device that can limit the amount of current flowing through is a pinch resistor. A pinch resistor is typically made in a semiconductor material with two different types of conductive materials. So z. For example, a positive conductive material is placed in a negative zone and an N + zone is partially formed over the P material. The resistance of the pinch resistor is determined by the sheet resistance of the P-material under the overlapping N + -zone and the dimensions of the overlapped P-material. The current in the device is conducted in a channel that is "pinched off" by the opposing semiconductor material. By this arrangement, a very high resistance can be formed in a very small area to effectively limit the current in a given current range. However, due to the technology used during their manufacture, this type of device is often inaccurate. In some arrangements, the current through the device is effectively limited by a voltage generator in the device that may serve to control the current limiting channel. In conventional components are the currents that can be transmitted in pinch resistors are relatively low, so that heavy current applications tend to be somewhat complicated.

Es wäre wünschenswert, einen Hochstromgleichrichter wie z. B. eine Diode oder einen Pinch-Widerstand zur Verfügung zu stellen, der erhebliche Spannungen blockieren kann und dabei einen niedrigen Abfall der Durchlassspannung erzielt.It would be desirable to have a high current rectifier such. As a diode or a pinch resistor to provide that can block significant voltages, thereby achieving a low drop in the forward voltage.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Bauelement zur Stromstärkensteuerung wie z. B. ein Gleichrichter zur Verfügung gestellt, der mittels einem III-Nitrid-Materialsystem realisiert wird, das in der Lage ist, bei einem verringerten AUF-Widerstand eine hohe Stromstärke durchlassen und eine hohe Spannung blockieren kann. Das Bauelement dient dazu, das 2DEG zwischen den zwei III-Nitridmaterialien mittels ohmscher Kontakte und Schottky- oder isolierter Kontakte zu beeinflussen.According to the present invention, a device for current control such. As a rectifier is provided, which is realized by means of a III-nitride material system, which is able to pass a high amperage and a high voltage can block with a reduced ON resistance. The device serves to influence the 2DEG between the two III-nitride materials by means of ohmic contacts and Schottky or insulated contacts.

Gemäß eines der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist ein Gleichrichter mit einer verringerten Einschaltspannung für die Durchlassleitung vorgesehen. Der Gleichrichter wird mit zwei III-Nitrid-Materialschichten gebildet, wobei eine der III-Nitrid-Materialschichten eine größere in-plane Gitterkonstante als die andere aufweist, wodurch an der Grenzfläche ein 2DEG gebildet wird. Die hohe Trägerbeweglichkeit im 2DEG ermöglicht eine niedrige Durchlassspannung zum Einschalten des Gleichrichters. Der Strom durch die Bauelemente ist durch den 2DEG-Kanal im Nebenschluss geschaltet und außerhalb des ohmschen Kontakts, um die Schottky-Barriere zu vermeiden. Unter umgekehrten Spannungsbedingungen unterbricht der Schottky-Kontakt das 2DEG und öffnet den Kanal, um ein Stromabfluss in umgekehrter Vorspannungsbedingung zu verhindern.According to one of the embodiments of the present invention, a rectifier is provided with a reduced turn-on voltage for the pass-line. The rectifier is formed with two III-nitride material layers, with one of the III-nitride material layers having a larger in-plane lattice constant than the other, thereby forming a 2DEG at the interface. The high carrier mobility in the 2DEG allows a low forward voltage to turn on the rectifier. The current through the devices is shunted through the 2DEG channel and out of the ohmic contact to avoid the Schottky barrier. Under reverse voltage conditions, the Schottky contact interrupts the 2DEG and opens the channel to prevent current drain in the reverse bias condition.

Laut eines Merkmals der vorliegenden Erfindung wird der Schottky-Kontakt in einer Vertiefung einer III-Nitridschicht gebildet, sodass das Bauelement nicht leitend ist, bis eine Durchlassspannung anliegt. Günstigerweise hat die Vertiefung die Wände abgeschrägt, sodass es leicht möglich ist, die Parameter des Bauelements zu kontrollieren.According to a feature of the present invention, the Schottky contact is formed in a recess of a III-nitride layer so that the device is nonconductive until a forward voltage is applied. Conveniently, the recess has the walls chamfered so that it is easily possible to control the parameters of the device.

Gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist ein Pinch-Widerstand in dem III-Nitrid-Materialsystem vorgesehen, welcher ein zweiseitig gerichtetes Bauelement ist, das durch mehrere ohmsche Kontakte und mehrere Schottky- oder isolierte Kontakte gebildet wird. Die Schottky- oder isolierten Kontakte befinden sich zwischen den ohmschen Kontakten und sind mit den entsprechenden ohmschen Kontakten verbunden, um die Bildung des 2DEG so zu regulieren, dass der durch das 2DEG im Kanal gebildete Strom entsprechend der an den Kontakten anliegenden Spannung gesteuert wird. Das Bauelement ist zweiseitig gerichtet, um in jeder der beiden Richtungen eine Strombegrenzung zu ermöglichen.In accordance with another embodiment of the present invention, a pinch resistor is provided in the III-nitride material system, which is a bidirectional device formed by a plurality of ohmic contacts and a plurality of Schottky or insulated contacts. The Schottky or insulated contacts are between the ohmic contacts and are connected to the corresponding ohmic contacts to regulate the formation of the 2DEG so that the current formed by the 2DEG in the channel is controlled according to the voltage applied to the contacts. The device is bidirectional to allow current limiting in either direction.

Entsprechend eines anderen Merkmals der vorliegenden Erfindung kann der Pinch-Widerstand eingestellt werden, um unsymmetrische Strombegrenzungsmerkmale, ähnlich einem Gleichrichter, sowie einen variierenden AUF-Widerstand zu erhalten. Das Bauelement kann auch so eingestellt werden, dass in beiden Richtungen eine hohe Stromträgerkapazität vorliegt.In accordance with another feature of the present invention, the pinch resistance can be adjusted to provide unbalanced current limiting characteristics similar to a rectifier and a varying ON resistance. The device can also be adjusted so that there is a high current carrying capacity in both directions.

Gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist ein Schottky-Gleichrichter in einem III-Nitrid-Materialsystem vorgesehen, wo das Bauelement Strom durch einen 2DEG enthaltenen Kanal führt, das durch die Grenzfläche von zwei unterschiedlichen Schichten von III-Nitridmaterialien gebildet wird. Das Bauelement enthält einen Schottky-Kontakt und einen ohmschen Kontakt für die Leitung in Richtung des ohmschen Kontakts, sowie eine Blockierspannung in die andere Richtung, zum Schottky-Kontakt hin. Die am Schottky-Kontakt angelegte Spannung gestattet es dem Strom, durch den durch das 2DEG gebildeten Kanal und aus dem ohmschen Kontakt zu fließen, während eine in entgegensetzter Richtung angelegte Spannung das 2DEG unter dem Schottky-Kontakt verarmt, um während der umgekehrten Abweichung die Spannung zu blockieren. Wenn GaN als eine der III-Nitridschichten verwendet wird, verhindert der hochohmige Charakter einer GaN-Schicht Stromverluste im Bauelement. Das Bauelement kann mit einer geringen oder ohne Dotierung der III-Nitridschichten gebaut werden, um während der umgekehrten Abweichung ein niedriges Feld zu erzielen, das hohe Abstandsspannungen zulässt. Dieses angenehme Merkmal wird erzielt, ohne Abstriche beim Anstieg des in Durchlassrichtung vorgespannten Widerstands zu machen.In accordance with another embodiment of the present invention, a Schottky rectifier is provided in a III-nitride material system where the device carries current through a channel containing 2DEG formed by the interface of two different layers of III-nitride materials. The device includes a Schottky contact and an ohmic contact for the line in the direction of the ohmic contact, as well as a blocking voltage in the other direction, towards the Schottky contact. The voltage applied to the Schottky contact allows the current to flow through the channel formed by the 2DEG and out of the ohmic contact, while an oppositely applied voltage depletes the 2DEG under the Schottky contact to maintain the voltage during the reverse deviation to block. When GaN is used as one of the III-nitride layers, the high-resistance nature of a GaN layer prevents current leakage in the device. The device may be constructed with little or no doping of the III-nitride layers to achieve a low field during the reverse deviation that allows for high spacing voltages. This pleasant feature is achieved without sacrificing the rise in the forward biased resistance.

Entsprechend eines anderen Merkmals der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Bildung der oben beschriebenen Bauelemente vorgesehen, wobei eine III-Nitridschicht auf einem isolierenden oder hochohmigen Substrat aufgebracht wird. Optional kann eine Pufferschicht zwischen dem Substrat und der III-Nitridschicht vorgesehen werden, die vorzugsweise aus GaN bestehen sollte. Eine AlGaN-Schicht wird über der ohmschen GaN-Schicht aufgebracht, danach eine schützende Isolierschicht, um die Zersetzung des AlGaN an der Oberfläche während des Anlassens einzuschränken. In der schützenden Isolierschicht ist ein Fenster eingelassen, um einen Zugang zu der darunter liegenden AlGaN-Schicht zu haben. In diesem Fenster befindet sich ein ohmscher Metallkontakt, der einen ohmschen Kontakt für das Bauelement darstellt. Nach dem Anlassen des ohmschen Kontakts wird ein weiteres Fenster in die schützende Isolierschicht eingelassen, durch das zur Vervollständigung des Bauelements ein Schottky-Metall eingebracht wird.According to another feature of the present invention, there is provided a method of forming the devices described above wherein a III-nitride layer is deposited on an insulating or high resistance substrate. Optionally, a buffer layer may be provided between the substrate and the III-nitride layer, which should preferably be GaN. An AlGaN layer is deposited over the ohmic GaN layer, followed by a protective insulating layer to limit surface degradation of the AlGaN during annealing. In the protective insulating layer, a window is recessed to have access to the underlying AlGaN layer. In this window there is an ohmic metal contact, which represents an ohmic contact for the device. After starting the ohmic contact, another window will open in the protective insulating layer is inserted through which a Schottky metal is introduced to complete the device.

Günstigerweise können die Überzugs- und Kontaktschichten über oder unter der aktiven Zone aufgebracht werden. Weitere bekannte Verfahren zum Aufbau von Elektroden, Isolierschichten usw. können ebenfalls für die vorliegende Erfindung angewendet werden.Conveniently, the coating and contact layers may be applied over or under the active zone. Other known methods of constructing electrodes, insulating layers, etc. may also be used for the present invention.

Gemäß eines Merkmals der vorliegenden Erfindung ist anstelle zusätzlicher Isolierschichten oder Strukturen an der aktiven Schicht eine gute GaN-Isolierschicht vorgesehen, um die Stromträgerkapazität zu verbessern. Ohne zusätzliche Isolierschichten führt der hier beschriebene epitaxiale Charakter der Heterogrenzfläche zu einer insgesamt um eine Größenordnung höheren Beweglichkeit der Elektronen im 2DEG.According to a feature of the present invention, instead of additional insulating layers or structures on the active layer, a good GaN insulating layer is provided to improve the current carrying capacity. Without additional insulating layers, the epitaxial character of the hetero-interface described here leads to an overall order of magnitude greater mobility of the electrons in the 2DEG.

Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung bietet ein Normal-ZU-Steuerelement, das in einem III-Nitrid-Materialsystem realisiert wird, eine AlGaN-/GaN-Grenzfläche, an der die Bildung eines 2DEG erfolgt. Die Zone in der AlGaN-Schicht um einen Schottky-Kontakt herum wird hinterätzt, um lokal das 2DEG zu entfernen und somit ein Bauelement im Anreicherungsbetrieb zu erzielen. Gemäß eines Merkmals der vorliegenden Erfindung umfasst das Stromsteuerelement zwei Schottky-Kontakte, die neben den entsprechenden ohmschen Kontakten angebracht sind, wobei die Schottky-Kontakte sich in gleichem Abstand zu den jeweiligen ohmschen Kontakten befinden und damit das Stromträgerelement bilden.According to another embodiment of the present invention, a normal-to-ZU control implemented in a III-nitride material system provides an AlGaN / GaN interface at which formation of a 2DEG occurs. The zone in the AlGaN layer around a Schottky contact is back-etched to locally remove the 2DEG and thus achieve a device in enhancement mode. According to a feature of the present invention, the current control element comprises two Schottky contacts mounted adjacent to the respective ohmic contacts, the Schottky contacts being equidistant from the respective ohmic contacts and thus forming the current carrying element.

Gemäß eines Merkmals der vorliegenden Erfindung wird die AlGaN-Schicht in der Zone um den Schottky-Kontakt herum hinterätzt, um eine Bauelement im Anreichungsbetrieb zu bilden, wobei das 2DEG lokal zwischen den AlGaN-/GaN-Schichten beseitigt ist.According to a feature of the present invention, the AlGaN layer in the zone around the Schottky contact is back-etched to form a device in the pruning operation with the 2DEG locally eliminated between the AlGaN / GaN layers.

Das große dielektrische Durchschlagfeld im III-Nitrid-Halbleitermaterialsystem ermöglicht den Bau von Normal-ZU-Bauelementen mit Abstandszonen geringerer Größe. Das Materialsystem ermöglicht zudem die Herstellung von Bauelementen mit im Vergleich zu bekannten Bauelementen ähnlicher Spannungsbereiche geringerem spezifischem Ein-Widerstand. Im Falle der hier diskutierten GaN-/AlGaN-Bauelemente weist ein Planarbauelement im Vergleich zu seinem vertikalgeometrischen Gegenstück eine rund 100fache Verbesserung beim spezifischen Ein-Widerstand in einem Spannungsbereich von ca. 300 Volt auf.The large dielectric breakdown field in the III-nitride semiconductor material system allows the construction of normal-to-ZU devices with smaller size spacing zones. The material system also allows for the fabrication of devices having similar lower resistances compared to known devices of similar voltage ranges. In the case of the GaN / AlGaN devices discussed here, a planar device has an approximately 100-fold improvement in specific on-resistance in a voltage range of approximately 300 volts compared to its vertical geometric counterpart.

III-Nitrid-Stromsteuerelemente mit Heterostruktur können die symmetrischen Eigenschaften ausnutzen, um die Herstellung eines Normal-ZU-Bauelements zu ermöglichen, das die Spannung in beiden Richtungen ohne Abstriche an der Wafer-Zone blockieren kann. Wegen dieses Vorteils gegenüber den herkömmlichen Bauelementen, die die Spannung nur in einer Richtung blockieren, kann ein Bauelement, das in zwei Richtungen arbeitet, eine Anzahl von in einer Richtung wirkenden Bauelementen ersetzen.Heterostructure III nitride current control elements can exploit the symmetrical properties to allow the fabrication of a normal-to-device that can block voltage in both directions without sacrificing the wafer area. Because of this advantage over the conventional devices that block the voltage in one direction only, a device that operates in two directions can replace a number of unidirectional devices.

Das Bauelement zeichnet sich zudem durch einen niedrigen Verlust an den Kontakten und ein hohes Durchschlagsfeld von der Grenzschicht aus. Das führt dazu, dass das Bauelement im Vergleich zu herkömmlichen Isolatoren, wie z. B. SiO2 und SiN, eine größere dielektrische Konstante aufweist. Die hohen kritischen Felder des GaN-Materials ermöglichen dünne Schichten, die ohne dielektrischen Durchschlag große Spannungen aushalten können. Die dielektrische Konstante der GaN-Materialien beträgt rund 10 und ist damit ca. 2,5mal besser als die von SiO2.The device is also characterized by a low loss of contacts and a high breakdown field from the boundary layer. This results in that the component compared to conventional insulators, such. As SiO 2 and SiN, a larger dielectric constant. The high critical fields of the GaN material enable thin layers that can withstand high voltages without dielectric breakdown. The dielectric constant of the GaN materials is around 10, which is about 2.5 times better than that of SiO 2 .

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung der Erfindung ersichtlich, die sich auf die dazugehörigen Zeichnungen bezieht.Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of the invention, which refers to the accompanying drawings.

Die 1A veranschaulicht als grafische Darstellung die Beziehung zwischen der Dicke des AlGaN und der Dichte des 2DEG in einem AlGaN-/GaN-Bauelements mit Heterostruktur.The 1A Figure 3 illustrates graphically the relationship between the thickness of the AlGaN and the density of the 2DEG in a heterostructure AlGaN / GaN device.

Die 1B veranschaulicht als grafische Darstellung die stromabschnürende Wirkung im Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung.The 1B Illustrates as a graphical representation of the stromabschnürende effect in the device according to the present invention.

2A ist ein Querschnitt eines teilweise gebildeten III-Nitrid-Stromsteuerelements gemäß der vorliegenden Erfindung. 2A FIG. 12 is a cross-sectional view of a partially formed III-nitride current control element according to the present invention. FIG.

2B zeigt eine geätzte Kontaktzone in dem Bauelement aus 2A. 2 B shows an etched contact zone in the device 2A ,

2C veranschaulicht eine Methode zur Bildung der in 2B gezeigten Vertiefungen. 2C illustrates a method for forming the in 2 B shown depressions.

3A veranschaulicht ein Gerät gemäß des ersten Ausführungsbeispiels. 3A illustrates a device according to the first embodiment.

3B zeigt einen Teil einer anderen Variante des Bauelements der vorliegenden Erfindung als z. B. in 3A. 3B shows a part of another variant of the device of the present invention as z. In 3A ,

3C zeigt einen Teil einer weiteren Variante des Bauelements der vorliegenden Erfindung als z. B. in 3A. 3C shows a part of another variant of the device of the present invention as z. In 3A ,

3D zeigt einen Teil einer weiteren Variante des Bauelements der vorliegenden Erfindung als z. B. in 3A. 3D shows a part of another variant of the device of the present invention as z. In 3A ,

4 zeigt ein Bauelement gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 4 shows a device according to another embodiment of the present invention.

5 ist ein Querschnitt eines Pinch-Widerstands mit Schottky-Kontakt, der gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung erstellt wurde. 5 FIG. 12 is a cross-section of a Schottky contact type pinch resistor made in accordance with one embodiment of the present invention. FIG.

6 ist ein Querschnitt eines Pinch-Widerstands mit isolierten Kontakten, der gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung erstellt wurde. 6 FIG. 12 is a cross-section of a pinch resistor with insulated contacts made in accordance with one embodiment of the present invention. FIG.

7 ist ein Querschnitt eines Gleichrichters, als erläuterndes Beispiel. 7 is a cross section of a rectifier, as an illustrative example.

8 ist eine Draufsicht des Gleichrichters aus 7, die die ineinander greifenden Elektroden veranschaulicht. 8th is a top view of the rectifier 7 which illustrates the interdigitated electrodes.

Die 9A9E veranschaulichen die Wirkungsweise in der Anordnung des Bauelements der 7 als erläuterndes Beispiel.The 9A - 9E illustrate the operation in the arrangement of the device of 7 as an illustrative example.

10 ist eine weitere Variante des Bauelements aus 7. 10 is another variant of the device 7 ,

11 zeigt eine Draufsicht einer Variante des Bauelements laut der vorliegenden Erfindung. 11 shows a plan view of a variant of the device according to the present invention.

Beim Bau von Geräten aus GaN-Materialien kommen etliche Faktoren ins Spiel, welche die Leistungsfähigkeit und die Funktionalität der Geräte beeinflussen. Eine große Gitterfehlanpassung in III-Nitrid-Materialien und die starken Effekte der Piezoelektrizität und Polarisation in diesen Werkstoffen beeinflussen maßgeblich die elektrischen Eigenschaften von III-Nitrid-Geräten mit Heteroübergang.When building devices made of GaN materials, several factors come into play that affect the performance and functionality of the devices. Large lattice mismatch in III nitride materials and the strong effects of piezoelectricity and polarization in these materials significantly affect the electrical properties of heterojunction III nitride devices.

Eine erhebliche Anzahl von aktuell berichteten GaN-basierenden Geräten verwendet gedehnte GaN-AlGaN-Übergänge mit Legierungen, die ausgelegt sind, um die Dehnung zu maximieren aber das Überschreiten der Entspannungsgrenze zu vermeiden, das zu Versetzungen oder langfristigen Instabilitäten in den Geräten führen würde. Im Allgemeinen werden derartige Geräte entwickelt, um die Dehnung innerhalb der Entspannungsgrenze zu maximieren. Mit zunehmender Dicke der AlGaN-Schicht bzw. zunehmendem Al-Gehalt im AlGaN nimmt auch die Dehnung zu, was zu einer Zunahme der 2DEG-Dichte und der Trägermobilität führt. Wenn die AlGaN-Schicht jedoch zu viel an Dicke zunimmt bzw. der Al-Gehalt zu groß ist, entspannt sich die ganze Schicht und verliert alle oben erwähnten wünschenswerten Eigenschaften. Verschiedene Geräte und Systeme wurden für den Bau von Geräten mit Heteroübergang vorgeschlagen, um die Gitterfehlanpassung und die Dehnung der GaN-AlGaN-Übergänge zu kontrollieren. Diese Geräte sind speziell ausgelegt, um sich die Effekte der Piezoelektrizität und spontanen Polarisation zunutze zu machen und langfristige Instabilitäten zu minimieren.A significant number of currently reported GaN-based devices use strained GaN-AlGaN transitions with alloys designed to maximize strain but avoid exceeding the relaxation threshold, which would lead to dislocations or long-term instabilities in the devices. In general, such devices are designed to maximize stretch within the relaxation limit. With increasing thickness of the AlGaN layer or increasing Al content in the AlGaN, the elongation also increases, which leads to an increase in the 2DEG density and the carrier mobility. However, if the AlGaN layer increases in thickness or the Al content is too large, the whole layer relaxes and loses all the desirable properties mentioned above. Various devices and systems have been proposed for the construction of heterojunction devices to control the lattice mismatch and strain of the GaN-AlGaN junctions. These devices are specifically designed to take advantage of the effects of piezoelectricity and spontaneous polarization, and to minimize long-term instabilities.

GaN/AlGaN-Geräte besitzen typischerweise einen oder mehrere Anschlüsse für die Steuerung des elektrischen Stromflusses in einem gegebenen Gerät. Ein an einen Anschluss angelegtes elektrisches Potential steuert den Stromfluss in einem elektrisch leitenden Kanal, an den der Anschluss gekoppelt ist. Der elektrisch leitende Kanal wird durch mindestens ein Heterointerface zwischen zwei verschiedenen Halbleitermaterialien bestimmt.GaN / AlGaN devices typically have one or more ports for controlling the flow of electrical current in a given device. An electrical potential applied to a terminal controls the flow of current in an electrically conductive channel to which the terminal is coupled. The electrically conductive channel is determined by at least one heterointerface between two different semiconductor materials.

Wenn sich Halbleitermaterialien eines Geräts mit Heteroübergang aus AlGaN/GaN-Werkstoffen zusammensetzen und AlGaN als Grenzschicht eingesetzt wird, sind sich aus den AlGaN-Eigenschaften der spontanen Polarisation ergebende Polarisationsladungen und als piezoelektrische Polarisationsfelder bekannte dehnungsinduzierte Merkmale anwesend. Beim Bau eines III-Nitrid-Geräts führt die Steuerung der Bildung dieser Felder zu verschiedenen Merkmalen, die bewirken, dass sich GaN-basierende Geräte, abhängig davon, wie das Gerät charakterisiert wird, für breitgefächerte Anwendungsgebiete eignen.When semiconductor materials of a heterojunction device are composed of AlGaN / GaN materials and AlGaN is used as a boundary layer, polarization charges resulting from the AlGaN properties of spontaneous polarization and strain-induced features known as piezoelectric polarization fields are present. In the construction of a III-nitride device, the control of the formation of these fields leads to various features that cause GaN-based devices to be suitable for a wide range of applications, depending on how the device is characterized.

Mit GaN-Materialien gestaltete Geräte mit Heteroübergang umfassen typischerweise eine AlGaN-Grenzschicht, die über die GaN-Schicht gelegt wird, um ein 2DEG (zweidimensionales Elektronengas) zu induzieren, das eine hohe Konzentration an Elektronen in dem Kanal erzeugt, um dabei die elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften des Kanals zu verbessern.Heterojunction devices designed with GaN materials typically include an AlGaN barrier layer overlaying the GaN layer to induce a 2DEG (two-dimensional electron gas) that generates a high concentration of electrons in the channel to thereby provide electrical conductivity properties to improve the channel.

Aufgrund der Anwesenheit des in der Schnittstelle zwischen der AlGaN- und der GaN-Schicht induzierten 2DEG befinden sich grundlegend gestaltete III-Nitrid-Geräte im Sollzustand, weil die Anwesenheit des Kanals beispielsweise Stromfluss zwischen Elektroden ermöglicht.Due to the presence of the 2DEG induced in the interface between the AlGaN and GaN layers, fundamentally designed III-nitride devices are in the target state because, for example, the presence of the channel allows current to flow between electrodes.

Der Strom im 2DEG kann abgeschnürt werden, wenn sich die Ladung im 2DEG abreichert. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Ladung in einem ausgewählten Bereich des Kanals reduziert, um die maximale Strommenge, die den Kanal durchfließen kann, zu verringern. Demzufolge kann der Strom auf einem bestimmten Maximalniveau „abgeschnürt” werden. Vorzugsweise ist der ausgewählte Bereich klein, sodass der Gesamtwiderstand des Geräts gering bleiben kann, bis der Abschnürzustand erreicht wird.The current in the 2DEG can be cut off when the charge depletes in the 2DEG. According to the present invention, the charge in a selected area of the channel is reduced to reduce the maximum amount of current that can flow through the channel. As a result, the current can be "pinched off" at a certain maximum level. Preferably, the selected range is small, so that the total resistance of the device can remain low until the pinch-off state is achieved.

Wie aus ersichtlich, haben Berechnungen ergeben, dass die Dichte des 2DEG von der Dicke der AlGaN-Schicht abhängig sein kann ( , ). Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung wird die AlGaN-Schicht in einem kleinen Bereich des Geräts verdünnt, um die Dichte des 2DEG lokal zu reduzieren, wodurch, wie im Folgenden zu ersehen, der Abschnüreffekt ermöglicht wird. Wie aus ersichtlich, wird der Abschnürstrom reduziert, wenn die AlGaN-Schicht verdünnt wird. Wenn die AlGaN-Schicht verdünnt wird, bis das 2DEG unter dem Gatter beseitigt ist, wird der Abschnürstrom des Geräts auf 0 bzw. auf nahezu 0 reduziert. Unter derartigen Bedingungen handelt es sich bei dem Gerät gewissermaßen um einen Stromrichter, da die Abschnürung nur in eine Richtung erfolgt. How out As can be seen, calculations have shown that the density of the 2DEG can be dependent on the thickness of the AlGaN layer ( . ). According to one aspect of the present invention, the AlGaN layer is thinned in a small area of the device to locally reduce the density of the 2DEG, thereby allowing the pinch-off effect, as will be seen below. How out As can be seen, the pinch-off current is reduced when the AlGaN layer is thinned. If the AlGaN layer is thinned until the 2DEG is eliminated below the gate, the pinch current of the device is reduced to 0 or nearly zero. Under such conditions, the device is effectively a power converter, because the pinching takes place in one direction only.

Unter Bezugnahme auf wird ein Gerät mit Heteroübergang gemäß der vorliegenden Erfindung in der frühen Entstehungsphase als Gerät 10 dargestellt. Gerät 10 umfasst einen Schichtträger 12, eine nichtleitende GaN-Schicht 14 und eine aktive AlGaN-Schicht 16. Die galvanisch leitenden Verbindungen 18 und 19 werden auf der AlGaN-Schicht 16 geschaffen, um als Verbindungsstellen bzw. Anschlüsse im resultierenden Gerät zu dienen. Die GaN/AlGaN-Schnittstelle 15 bildet einen leitenden Kanal mit einem 2DEG, das einen Stromfluss zwischen den galvanisch leitenden Verbindungen 18 und 19 ermöglicht.With reference to becomes a device with heterojunction according to the present invention in the early development phase as a device 10 shown. device 10 comprises a support 12 , a non-conductive GaN layer 14 and an active AlGaN layer 16 , The galvanically conductive connections 18 and 19 be on the AlGaN layer 16 created to serve as connection points or connections in the resulting device. The GaN / AlGaN interface 15 forms a conductive channel with a 2DEG, which conducts a current between the galvanically conductive connections 18 and 19 allows.

Die GaN-Schicht 14 des Geräts 10 besitzt eine größere Gitterkonstante auf gleicher Ebene als die AlGaN-Schicht 16. Es sollte ersichtlich sein, dass andere III-Nitrid-Werkstoffe verwendet werden können, um Gerät 10 zu gestalten, solange eine Schnittstelle die Bildung eines Kanals für den Stromfluss ermöglicht. Der Schichtträger 12 ist nichtleitend, kann sich aber als höchst resistiv erweisen oder als n- oder p-dotiertes Substrat vorliegen und wird typischerweise aus bekannten Werkstoffen wie Siliziumcarbid, Silizium, Saphir und anderen bekannten Trägermaterialien gebildet.The GaN layer 14 of the device 10 has a larger lattice constant on the same plane than the AlGaN layer 16 , It should be apparent that other III nitride materials can be used to device 10 as long as an interface enables the formation of a channel for the flow of current. The support 12 is nonconductive, but may prove to be highly resistive or present as an n- or p-doped substrate and is typically formed from known materials such as silicon carbide, silicon, sapphire, and other known support materials.

Unter Bezugnahme auf wird hier eine Eintiefung 20 gezeigt, die in die AlGaN-Schicht 16 neben Verbindung 18 eingeätzt ist. Die Eintiefung 20 umfasst die abgeschrägten Seitenwände 22, muss aber nicht gemäß einer speziellen Geometrie ausgelegt werden. Vorzugsweise sollen für die Minimierung des Widerstands des Geräts die abgeschrägten Seitenwände 22 vorhanden sein. Außerdem können der Trennabstand LS und die Gatterlänge Lg auch verwendet werden, um das Niveau des Abschnürstroms zu regeln. Die Eintiefung 20 ermöglicht das Platzieren eines Kontakts in die nähere Umgebung der Schnittstelle zwischen AlGaN-Schicht 16 und GaN-Schicht 14. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das Gerät den Strom auch ohne eine eingeätzte Eintiefung bei Maximalniveau abschnüren wird. Wie im Folgenden zu ersehen ist, würde ein derartiges Gerät auch als Abschnürwiderstand in Betracht kommen.With reference to here is a depression 20 shown in the AlGaN layer 16 next to connection 18 is etched. The deepening 20 includes the slanted sidewalls 22 but does not have to be designed according to a specific geometry. Preferably, to minimize the resistance of the device, the beveled sidewalls 22 to be available. In addition, the separation distance L S and the gate length L g can also be used to control the level of pinch-off current. The deepening 20 Allows placing a contact in the immediate vicinity of the interface between AlGaN layer 16 and GaN layer 14 , It should be noted, however, that the device will stall the current even without an etched recess at maximum level. As will be seen below, such a device would also be considered as pinch resistance.

Unter Bezugnahme auf wird eine Technik zur Fertigung eines Geräts 60 dargestellt, das zur Gestaltung von Gerät 56 weiterverarbeitet werden kann. Eine lichtundurchlässige Schicht 62 wird über die III-Nitrid-Grenzschicht 16 gelegt und die Öffnungen 64 und 65 werden in die lichtundurchlässige Schicht 62 eingebracht. Die Öffnungen 64 und 65 besitzen geneigte Seitenwände, um einen Ätzschritt zu ermöglichen, um die geneigte Geometrie auf die III-Nitrid-Grenzschicht 16 zu übertragen. Die in dargestellten geneigten Seitenwände können gemäß dieser Technik gestaltet werden. Typischerweise setzt sich die III-Nitrid-Grenzschicht 16 aus AlGaN zusammen und ein geeigneter Ätzprozess wird für die lichtundurchlässige Schicht 62 und die Öffnungen 64 und 65 eingesetzt, um die Eintiefungen mit geneigten Seitenwänden in Schicht 16 abzustecken.With reference to becomes a technique for manufacturing a device 60 shown, the design of device 56 can be further processed. An opaque layer 62 is via the III-nitride interface 16 laid and the openings 64 and 65 become in the opaque layer 62 brought in. The openings 64 and 65 have sloped sidewalls to allow for an etching step to tilt the inclined geometry to the III-nitride interface 16 transferred to. In the shown inclined side walls can be designed according to this technique. Typically, the III-nitride boundary layer settles 16 AlGaN together and a suitable etching process is used for the opaque layer 62 and the openings 64 and 65 used to layer the recesses with sloped sidewalls 16 stake.

Unter Bezugnahme auf besitzt ein Gerät 31 einen Kontakt 30, der aus einem Schottky-Metall zusammengesetzt ist. Bei Sperrvorspannung bzw. im Ausschaltzustand leitet Gerät 31 keinen Strom zwischen den galvanisch leitenden Verbindungen 18 und 19, weil der durch das 2DEG eingerichtete stromführende Kanal unterhalb Kontakt 30 unterbrochen wird. Bei Durchlassvorspannung (wenn die Kontakte 18 und 30 positiver sind als Kontakt 19) ist Gerät 31 in der Lage, den Strom zwischen den galvanisch leitenden Verbindungen 18 und 19 zu führen. Dies ist auf die Füllung des Kanals unter Kontakt 30 zurückzuführen.With reference to owns a device 31 a contact 30 which is composed of a Schottky metal. With reverse bias or in the off state device is conducting 31 no current between the galvanically conductive connections 18 and 19 because the current-carrying channel established by the 2DEG is under contact 30 is interrupted. With forward bias (when the contacts 18 and 30 are more positive than contact 19 ) is device 31 capable of removing the current between the galvanically conductive connections 18 and 19 respectively. This is due to the filling of the channel under contact 30 due.

Kontakt 30 kann aus einem Schottky-Metall zusammengesetzt sein und befindet sich auf AlGaN-Schicht 16, ist in Eintiefung 20 eingelegt und überzieht Kontakt 18.Contact 30 can be composed of a Schottky metal and is located on AlGaN layer 16 , is in depression 20 inserted and covers contact 18 ,

Wie oben erwähnt, kann AlGaN-Schicht 16 durch jede Schicht aus einem III-Nitrid-Werkstoff ersetzt werden, solange die Gitterkonstante auf gleicher Ebene der Schicht 16 kleiner ist als die Gitterkonstante auf gleicher Ebene der Schicht 14 bzw. solange die Bandlücke der Schicht 16 größer ist als die Bandlücke der Schicht 14.As mentioned above, AlGaN layer 16 be replaced by each layer of a III-nitride material, as long as the lattice constant at the same level of the layer 16 is smaller than the lattice constant at the same level of the layer 14 or as long as the band gap of the layer 16 is greater than the band gap of the layer 14 ,

Gerät 31 kann mit etlichen verschiedenen Geometrien für die galvanisch leitenden Verbindungen 18 und 19 und Kontakt 30 konstruiert werden. Beispielsweise kann es sich bei Kontakt 30 um einen Schottky-Kontakt handeln, der die galvanisch leitende Verbindung 18 umgibt. Kontakt 30 kann auch um einen Teil der galvanisch leitenden Verbindung 18 platziert werden, wobei Lücken oder eingeätzte Bereiche gebildet werden, um den Stromfluss in spezielle Richtungen oder in bestimmte Bereiche auf Gerät 31 zu beschränken. Die galvanisch leitende Verbindung 18 und Kontakt 30, als Schottky-Kontakt gestaltet, können sich auch in verschiedenen Abständer voneinander befinden, um die Durchschlagspannung und den Abschnürstrom zu erhöhen bzw. zu verringern und Durchlasswiderstands-Parameter zu ändern.device 31 can work with several different geometries for the electrically conductive connections 18 and 19 and contact 30 be constructed. For example, it can be in contact 30 to act a Schottky contact, which is the electrically conductive connection 18 surrounds. Contact 30 can also be a part of the galvanically conductive connection 18 where gaps or etched areas are formed to accommodate the flow of current in particular directions or areas device 31 to restrict. The galvanically conductive connection 18 and contact 30 , designed as Schottky contact, may also be located at different distances from one another to increase or decrease the breakdown voltage and the pinch current and to change on-resistance parameters.

Aus der Kombination aus Schottky-Diode und Abschnürstrom ergibt sich ein einzigartiges Gerät. In Wirklichkeit hat die Einätzung die Abschnürspannung für das Gerät verändert. Nachdem die Abschnürung eingetreten ist, wird eine weitere Spannung am zweiten Kontakt durch den eingeätzten Bereich des Geräts gesenkt. Aufgrund der verringerten Abschnürspannung, die durch die Einätzung der Eintiefung erreicht wurde, muss der Schottky-Kontakt nur die Abschnürspannung blockieren. Diese Abschnürspannung kann mit Einatzungen bis in den 1–2-Volt-Bereich reduziert werden, wodurch ein Gerät mit sehr geringem Kriechverlust ermöglicht wird, auch dann, wenn die Schottky-Diode schlechte Qualität oder eine geringe Barrierenhöhe besitzt.The combination of Schottky diode and Abschnürstrom results in a unique device. In fact, the etch has changed the pinch-off voltage for the device. After the pinch has occurred, another voltage on the second contact is lowered through the etched area of the device. Due to the reduced pinch-off stress achieved by the etch-in of the recess, the Schottky contact need only block the pinch-off voltage. This pinch-off voltage can be reduced to within the 1-2 volt range, allowing a device with very low creep loss, even if the Schottky diode has poor quality or low barrier height.

Gemäß der vorliegenden Erfindung verursacht eine Eintiefung 20 eine lokale Änderung in der Dichte des 2DEG. Obwohl eine Eintiefung bevorzugt wird, handelt es sich dabei nicht um die einzige Möglichkeit, mit der die lokale Dichte des 2DEG reduziert werden kann. Die Änderung in der Dichte des 2DEG kann für eine lokalisierte Oxidation von AlGaN geschaffen werden, um AlGaO oder AlGaON zu bilden, indem ein Dotierstoff zum p-Typ-Dotieren unter die Abschnürstelle eingesetzt bzw. eindiffundiert wird oder die Ausrichtung der Schnittstelle lokal geändert wird.According to the present invention causes a recess 20 a local change in the density of the 2DEG. Although recessing is preferred, it is not the only way to reduce the local density of the 2DEG. The change in the density of the 2DEG may be created for localized oxidation of AlGaN to form AlGaO or AlGaON by locating a dopant for p-type doping under the pinch site or locally changing the orientation of the interface.

Unter Bezugnahme auf beispielsweise kann ein Bereich 20A anstelle einer Eintiefung 20 oxidiert werden, um die Dichte des 2DEG lokal zu verringern. Der Bereich 20A kann gebildet werden, indem erst die AlGaN-Schicht mit SiN oder einer anderen Oxidationsschutzschicht bedeckt, dann ein Fenster im SiN über dem zu oxidierenden Bereich geöffnet und dann die Oxidation durchgeführt wird.With reference to, for example can be an area 20A instead of a recess 20 be oxidized to reduce the density of the 2DEG locally. The area 20A can be formed by first covering the AlGaN layer with SiN or another anti-oxidation layer, then opening a window in the SiN over the region to be oxidized and then performing the oxidation.

Die Oxidation kann durch eine hohe Temperatureinwirkung auf H2O, O2, Sauerstoffplasma oder andere bekannte chemische Stoffe erzielt werden. Gase, die H2 enthalten, können hilfreich sein, den Prozess zu katalysieren, wenn beim Arbeiten mit H2 und Sauerstoff bei hohen Temperaturen umsichtig vorgegangen wird.The oxidation can be achieved by a high temperature effect on H 2 O, O 2 , oxygen plasma or other known chemical substances. Gases containing H 2 can be helpful in catalyzing the process when working carefully with H 2 and high temperature oxygen.

Unter Bezugnahme auf kann ein Bereich 20B in der AlGaN-Schicht anstelle der Eintiefung 20 dotiert werden. Somit kann die AlGaN-Schicht beispielsweise mit SiN oder einer anderen geeigneten Schutzschicht bedeckt werden und dann kann ein Fenster im SiN über der gewünschten Stelle zum Bereich 20 geöffnet werden. Danach wird die AlGaN-Schicht in einer Umgebung hoher Temperatur einem Gas, das Mg, Fe oder Cr enthält, ausgesetzt. Alternativ kann einer der Dotierstoffe unten am Fenster in der SiN-Schicht über der AlGaN-Schicht eingelegt bzw. eingesetzt und in einem Härtungsschritt eindiffundiert werden. Die genaue Zeit und Temperatur werden von dem gewünschten Dotierniveau und der Diffusionsfähigkeit des Dotierstoffs in die AlGaN-Schicht abhängig sein.With reference to can be an area 20B in the AlGaN layer instead of the recess 20 be doped. Thus, for example, the AlGaN layer may be covered with SiN or another suitable protective layer, and then a window in the SiN may overshadow the desired location 20 be opened. Thereafter, the AlGaN layer is exposed to a gas containing Mg, Fe or Cr in a high-temperature environment. Alternatively, one of the dopants can be inserted or used at the bottom of the window in the SiN layer over the AlGaN layer and be diffused in a curing step. The exact time and temperature will depend on the desired doping level and diffusivity of the dopant in the AlGaN layer.

Unter Bezugnahme auf kann ein dotierter Bereich 20C gemäß einer anderen Variation in GaN-Schicht 14 anstelle AlGaN-Schicht 16 gebildet werden. Ein standardmäßiger Einsetzungs- und Härtungsschritt kann ausgeführt werden, um Bereich 20C entweder durch die AlGaN-Schicht 16 zu bilden oder Bereich 20C kann in der GaN-Schicht 14 gebildet und durch eine weitere GaN-Schicht und dann durch eine AlGaN-Schicht 16 bedeckt werden. Beim Dotierstoff zum p-Typ-Dotieren kann es sich um Mg, Fe, Cr oder Zn handeln. Mg oder Zn wären hierbei die bevorzugten Dotierstoffe.With reference to can be a doped area 20C according to another variation in GaN layer 14 instead of AlGaN layer 16 be formed. A standard setting and curing step can be performed to range 20C either through the AlGaN layer 16 to form or area 20C can in the GaN layer 14 formed and by another GaN layer and then by an AlGaN layer 16 to be covered. The dopant for p-type doping may be Mg, Fe, Cr or Zn. Mg or Zn would be the preferred dopants.

Unter Bezugnahme auf wird eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Gerät 41 dargestellt. Gerät 41 ist Gerät 31 im Wesentlichen ähnlich, mit der Ausnahme, dass Kontakt 40 aus einem leitenden Material besteht und auf eine Isolierschicht 42 gesetzt wird. Dementsprechend handelt es sich bei Kontakt 40 eher um einen nichtleitenden Kontakt als um einen Schottky-Kontakt und kann einen Metallleiter irgendeiner Art umfassen, um Gerät 41 zu betreiben. Neben Metallleitern können auch andere leitende Werkstoffe wie Si, GaN oder Ge verwendet werden. Der Betrieb von Gerät 41 ist im Wesentlichen der gleiche wie der von Gerät 31, bei dem das 2DEG unter Kontakt 40 unterbrochen bzw. in der Dichte reduziert wird. Das Anlegen eines elektrischen Potentials an Kontakt 18 (und somit auch an Kontakt 40), das größer ist als das elektrische Potential, das an die galvanisch leitende Verbindung 19 angelegt wird, verursacht die Bildung eines 2DEG unter Kontakt 40, und Kontakt 41 kann Strom zwischen den galvanisch leitenden Verbindungen 18 und 19 leiten.With reference to becomes an alternative embodiment of the present invention as a device 41 shown. device 41 is device 31 essentially similar, except that contact 40 consists of a conductive material and on an insulating layer 42 is set. Accordingly, it is in contact 40 rather, a nonconductive contact than a Schottky contact and may include a metal conductor of some sort to device 41 to operate. In addition to metal conductors, other conductive materials such as Si, GaN or Ge can be used. The operation of device 41 is essentially the same as that of device 31 where the 2DEG is under contact 40 interrupted or reduced in density. The application of an electrical potential to contact 18 (and thus also to contact 40 ), which is greater than the electrical potential that is connected to the electrically conductive connection 19 is created, causing the formation of a 2DEG under contact 40 , and contact 41 can generate electricity between the galvanically conductive connections 18 and 19 conduct.

Unter Bezugnahme auf wird eine andere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung als Gerät 56 dargestellt. Bei Gerät 56 handelt es sich um einen Abschnürwiderstand mit zwei Elektroden 50 und 52. Wie bei den Geräten 31 und 41 können die Elektroden 50 und 52 in einer Eintiefung in AlGaN-Schicht 16 gebildet werden, um die Dichte des 2DEG unter der Eintiefung zu verringern, um den Abschnürstrom ohne Ausschaltung des Geräts zu ändern, wobei Gerät 56 zu einem Abschnürwiderstand werden kann und zur Steuerung des Stromniveaus verwendet wird. Jedoch stellt Gerät 56 eine andere Konfiguration dar, die gut für das Abschnürwiderstands-Gerät als eine Strom-Steuereinheit funktioniert.With reference to Will be another embodiment according to the present invention as a device 56 shown. At device 56 it is a pinch resistance with two electrodes 50 and 52 , As with the devices 31 and 41 can the electrodes 50 and 52 in a recess in AlGaN layer 16 be formed to reduce the density of the 2DEG below the recess to change the Abschnürstrom without switching off the device, wherein device 56 can become a pinch resistance and used to control the current level. However, device represents 56 another configuration that is good for that Abschnürwiderstands device as a power control unit works.

Das durch dargestellte Gerät funktioniert wie folgt: Wenn eine Spannung zwischen den galvanisch leitenden Verbindungen 54 und 55 angelegt wird, werden Elektronen aus der galvanisch leitenden Verbindung 54 in den Kanal eingespeist, der durch AlGaN-Schicht 16 und GaN-Schicht 14 gebildet wird. Die Ladung fließt seitlich in den Kanal unter Schottky-Kontakt 50 quer durch den Drift-Bereich unter Schottky-Kontakt 52 und aus der galvanisch leitenden Verbindung 55. Aufgrund des Widerstands in jedem dieser Bereiche fällt die Spannung, wenn der Strom fließt. Demzufolge ändert sich die Spannung des Kanals lateral von einem Ende des Geräts zum anderen. Je mehr Strom fließt, desto größer ist der Spannungsabfall quer durch das Gerät. Besonders die Spannung im Kanal direkt unter dem Schottky-Kontakt wird sich mit der Strommenge ändern. Wenn der Spannungsunterschied zwischen diesem Punkt im Kanal und dem Schottky-Kontakt einen bestimmten Wert, der als „V-Pinch” bzw. V-Schwellenwert bezeichnet wird, erreicht, wird die Dichte der Elektronen im Kanal abgereichert und kein weiterer Stromanstieg wird mit zusätzlicher Spannung, die an die galvanisch leitende Verbindung 55 angelegt wird, eintreten.That through Device shown works as follows: When a voltage between the galvanic conductive connections 54 and 55 is applied, electrons from the electrically conductive connection 54 fed into the channel by AlGaN layer 16 and GaN layer 14 is formed. The charge flows laterally into the channel under Schottky contact 50 across the drift area under Schottky contact 52 and from the galvanically conductive connection 55 , Due to the resistance in each of these areas, the voltage drops as the current flows. As a result, the voltage of the channel changes laterally from one end of the device to the other. The more current that flows, the greater the voltage drop across the device. Especially the voltage in the channel directly under the Schottky contact will change with the amount of current. When the voltage difference between this point in the channel and the Schottky contact reaches a certain value, referred to as the "V-pinch" or V-threshold, the density of the electrons in the channel is depleted and no further increase in current occurs with added voltage connected to the galvanically conductive connection 55 is created, enter.

Ein Gerät gemäß ist symmetrisch, sodass es ein bidirektionales Gerät darstellt, aber ein unidirektionales Gerät könnte geschaffen werden, wenn der zweite Schottky-Kontakt 52 entfernt wird. In diesem Fall würde die Abschnürung nur in eine Richtung erfolgen. In der obigen Beschreibung wurde davon ausgegangen, dass die galvanisch leitende Verbindung 54 eine Vorspannung von 0 aufweist und die galvanisch leitende Verbindung 55 relativ zu Kontakt 54 positiv vorgespannt ist. Um die Schottky-Kontakte 50 und 52 zu bilden, können alle möglichen Materialien einschließlich Au, Ni und Pt verwendet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass der Abschnürstrom abgestimmt werden kann, indem die Arbeitsfunktion des für die Bildung der Schottky-Kontakte 50 und 52 ausgewählten Metalls geändert wird.A device according to is symmetrical, making it a bidirectional device, but a unidirectional device could be created when the second Schottky contact 52 Will get removed. In this case, the constriction would only take place in one direction. In the above description it was assumed that the galvanically conductive connection 54 has a bias of 0 and the electrically conductive connection 55 relative to contact 54 positively biased. To the Schottky contacts 50 and 52 All kinds of materials including Au, Ni and Pt can be used. It should be noted that the Abschnürstrom can be tuned by the work function of the formation of the Schottky contacts 50 and 52 Changed selected metal.

Eine andere Variation besteht darin, p-Typ-GaN anstelle eines Schottky-Metalls zu verwenden. Das Einbringen eines Schottky-Kontakts 50/52 ist wichtig, um den Strom zu bestimmen, bei dem das Gerät abschnürt. Da sich die Spannung im Kanal quer durch das Gerät ändert, hat ein größerer Abstand von der galvanisch leitenden Verbindung zur Kante des Schottky-Kontakts einen umso niedrigeren Abschnürstrom zur Folge. Feldplatten können auch in das Design einbezogen werden, um die Durchschlagspannung zu erhöhen. Bei einem Gerät gemäß ist es somit die Kante 50A derartiger Schottky-Kontakte 50 und 52, die den Abschnürstrom bestimmt.Another variation is to use p-type GaN instead of a Schottky metal. The introduction of a Schottky contact 50 / 52 is important to determine the current at which the device pinches off. Since the voltage in the channel changes across the device, a greater distance from the electrically conductive connection to the edge of the Schottky contact results in a lower pinch current. Field plates can also be included in the design to increase the breakdown voltage. For a device according to is it the edge? 50A such Schottky contacts 50 and 52 , which determines the Abschnürstrom.

Wenn einer der Kontakte 54 oder 55 eine Durchlassvorspannung hinsichtlich des anderen Kontakts aufweist (wenn Kontakt 54 beispielsweise ein höheres Potential als Kontakt 55 und umgekehrt besitzt), fließt Strom zwischen den beiden Kontakten. Somit handelt es sich bei dem in dargestellten Gerät um ein bidirektionales Gerät. Gemäß den Prinzipien des Betriebs der vorigen hierin beschriebenen Geräte wird der Strom ungeachtet der Stromflussrichtung abgeschnürt. Daher handelt es sich bei Gerät 60 um einen bidirektionalen Abschnürwiderstand.If one of the contacts 54 or 55 has a forward bias with respect to the other contact (when contact 54 for example, a higher potential than contact 55 and vice versa), current flows between the two contacts. Thus, it is in the in shown device to a bidirectional device. According to the principles of operation of the previous devices described herein, the current is pinched off regardless of the direction of current flow. Therefore, it is device 60 a bidirectional pinch resistance.

Die Abschnürung erfolgt, weil es sich bei dem Potential unter den Kontakten 50 und 52 aufgrund des Stromflusses um ein andersartiges Potential handelt. Somit begründet der Strom selbst die Unterschiede im Potential und beschränkt das Leitungsniveau.The constriction occurs because it is at the potential among the contacts 50 and 52 due to the current flow is a different potential. Thus, the current itself justifies the differences in potential and limits the line level.

Gerät 56 ist ein nominal bidirektionales Gerät und liefert einen ausgeglichenen Stromfluss zwischen den Elektroden 54 und 55, wenn der Abstand zu den jeweiligen Schottky-Kontakten 50 und 52 gleich bleibt. Dies bedeutet, dass derselbe Abstand zwischen Elektrode 54 und Schottky-Kontakt 50 und zwischen Elektrode 55 und Schottky-Kontakt 52 zur Folge hat, dass die Durchschlagspannung, der Durchlasswiderstand und andere Schalteigenschaften ausgeglichen werden können, sodass Gerät 56 im Wesentlichen auf gleiche Art und Weise funktioniert, ob bei Stromfluss von Elektrode 54 zu Elektrode 55 oder umgekehrt. Es sollte ersichtlich sein, dass etliche Parameter modifiziert werden können, um die Gerätecharakteristika zu ändern, wie z. B. Durchlasswiderstand, Abschnürstrom, Durchschlagspannung usw.device 56 is a nominal bidirectional device and provides a balanced current flow between the electrodes 54 and 55 if the distance to the respective Schottky contacts 50 and 52 stays the same. This means that the same distance between electrode 54 and Schottky contact 50 and between electrode 55 and Schottky contact 52 As a result, the breakdown voltage, the on-resistance and other switching characteristics can be compensated, so that device 56 works in essentially the same way, whether at current flow of electrode 54 to electrode 55 or the other way around. It should be understood that several parameters may be modified to alter the device characteristics, such as: B. on-resistance, Abschnürstrom, breakdown voltage, etc.

Da Strom in den Kanal des Geräts 56 fließt, baut sich ein Spannungspotential hinsichtlich der Schottky-Kontakte 50 und 52 und der AlGaN-Schicht 16 auf.As electricity enters the channel of the device 56 flows, builds a voltage potential with respect to the Schottky contacts 50 and 52 and the AlGaN layer 16 on.

Aufgrund des Spannungsaufbaus mit ansteigendem Strom wird ein Punkt erreicht, an dem das Spannungspotential eine Abreicherung des Schnittstellenbereichs 15 verursacht, was zur Folge hat, dass der 2DEG-Leitungskanal abgeschnürt wird. Da der Strom im Kanal von einer galvanisch leitenden Verbindung zur anderen steigt, wird sich die Spannung beim 2DEG unter den Schottky-Kontakten bezüglich der Spannung an den Schottky-Kontakten ändern. Schließlich wird der Spannungsunterschied zwischen dem Schottky-Kontakt und dem 2DEG eine Abreicherung des 2DEG verursachen und den Strom auf einen Sättigungswert abschnüren. Weil es sich beim Gerät 56 um ein bidirektionales Gerät handelt, funktioniert die Abschnürung in jede Richtung und kann über die Struktur und den Inhalt der Schichten und Kontakte auf spezielle Anwendungen zugeschnitten werden. Es kann beispielsweise wünschenswert sein, ein Gerät herzustellen, das in eine Richtung einen höheren Abschnürstrom aufweist als in die andere Richtung, was durch Manipulation der Beziehung zwischen den Schottky-Kontakten und den galvanisch leitenden Verbindungen erreicht werden kann. Durch seine Stromeinschränkungs-Funktion stellt Gerät 56 einen nützlichen Bestandteil für Stromanwendungen dar, bei denen Überstrom-Bedingungen Schäden an Stromnetzkomponenten verursachen können.Due to the voltage build-up with increasing current, a point is reached where the voltage potential depletes the interface area 15 causing it to pinch off the 2DEG duct. As the current in the channel increases from one electrically conductive connection to another, the voltage on the 2DEG under the Schottky contacts will change with respect to the voltage across the Schottky contacts. Finally, the voltage difference between the Schottky contact and the 2DEG will cause depletion of the 2DEG and stall the current to a saturation value. Because it is the device 56 Being a bi-directional device, the pinch-off works in any direction and can be tailored to specific applications through the structure and content of the layers and contacts. It can, for example be desirable to produce a device that has a higher Abschnürstrom in one direction than in the other direction, which can be achieved by manipulating the relationship between the Schottky contacts and the electrically conductive connections. By its current limitation function represents device 56 a useful component for power applications where overcurrent conditions can cause damage to power network components.

Die betrieblichen Design-Ziele von Vorrichtung 56 können durch die Platzierung eines Kontakts zwischen den zwei Ohmschen Kontakten 54, 55 erreicht werden, um eine Begrenzung des Stromflusses zu bewirken.The operational design goals of device 56 can by placing a contact between the two ohmic contacts 54 . 55 be achieved in order to limit the flow of current.

Dementsprechend sind beide Schottky-Kontakte 50, 52 nicht erforderlich, um Vorrichtung 56 zu bedienen, in Übereinstimmung mit der aktuellen Erfindung. Zum Beispiel, in Bezug auf verdeutlicht eine Stromkontrollvorrichtung 31 das Konzept der Erfindung beschrieben in , in einer nominal inaktiven Vorrichtung (nominally off) mit einem einzelnen Kontakt zwischen zwei Ohmschen Kontakten 18 und 19. Es sollte klar sein, dass eine Vorrichtung ähnlich der, welche in dargestellt ist, in Übereinstimmung mit Vorrichtung 56 konstruiert werden kann, um eine nominal aktive Vorrichtung (nominally on) zu bieten, die als Abschnürwiderstand mit einem einzelnen Schottky-Kontakt fungiert.Accordingly, both are Schottky contacts 50 . 52 not required to device 56 to operate, in accordance with the current invention. For example, in terms of illustrates a power control device 31 the concept of the invention described in in a nominally off-nominal device with a single contact between two ohmic contacts 18 and 19 , It should be understood that a device similar to that used in is shown in accordance with device 56 can be designed to provide a nominally on, acting as a pinch resistor with a single Schottky contact.

Daher kann ein Abschnürwiderstand gemäß einer weiteren Variation der aktuellen Erfindung zwei Ohmsche Kontakte 54, 55 beinhalten, zwei Stromfluss beschränkende Kontakte 50, 52 und eine geätzte Vertiefung unter jedem Stromfluss beschränkenden Kontakt 50, 52, wie etwa unter Kontakt 40 in und unter Kontakt 30 in zu sehen ist. In einer der aktuellen Erfindung entsprechenden Vorrichtung fließt Strom zwischen den Ohmschen Kontakten 54, 55, während die Strom beschränkenden Kontakte 50, 52 sich so verhalten, dass sie das Oberflächenpotential auf einen konstanten Wert bringen, der dem Potential des Ohmschen Kontakts entspricht, mit dem sie verbunden sind. Die Funktion der geätzten Vertiefungen in einem Abschnürwiderstand gemäß der aktuellen Erfindung kann sein, die Dichte von 2DEG zu verringern, sie aber nicht zu eliminieren. Durch die Veränderung der Tiefe, der Breite der geätzten Vertiefungen und durch die Form des maximal erlaubten Stromdurchflusses kann die Vorrichtung kontrolliert werden. Dementsprechend können die der aktuellen Erfindung gemäß angebrachten Vertiefungen in einem Abschnürwiderstand den gegenwärtigen Stromwert verändern, bei dem die Vorrichtung abschnürt.Therefore, a pinch resistance according to another variation of the current invention may include two ohmic contacts 54 . 55 include two current flow restricting contacts 50 . 52 and an etched recess under each current flow restrictive contact 50 . 52 , like under contact 40 in and under contact 30 in you can see. In a device according to the current invention, current flows between the ohmic contacts 54 . 55 while the current-limiting contacts 50 . 52 behave in such a way that they bring the surface potential to a constant value corresponding to the potential of the ohmic contact to which they are connected. The function of the etched depressions in a pinch resistance according to the current invention may be to reduce the density of 2DEG, but not to eliminate it. By changing the depth, the width of the etched recesses and the shape of the maximum allowable current flow, the device can be controlled. Accordingly, the depressions in a pinch resistance attached to the current invention can change the current current value at which the device pinches off.

Jetzt bezüglich : eine andere Ausführung eines Abschnürwiderstands gemäß der aktuellen Erfindung ist als Vorrichtung 60 dargestellt. Vorrichtung 60 beinhaltet isolierte Kontakte 61, 62 statt der Schottky-Kontakte 50, 52 von . Die isolierten Kontakte haben den zusätzlichen Vorteil, dass sie Spannungsblockierungen in höherem Grad ohne Ausfall der Vorrichtung erlauben. Vorrichtung 60 funktioniert auf die gleiche Weise wie Vorrichtung 56, des heißt, als Abschnürwiderstand, der den Kanal abschnürt, der durch das 2DEG an der Schnittstelle 15 erzeugt wird, wenn ein ausreichendes Maß von Strom durch den Leitungskanal befördert wird. Allerdings können isolierte Kontakte 61, 62 aus jedem leitfähigen Material gebildet werden. Die isolierten Kontakte 61, 62 sind in elektrischem Kontakt mit den Ohmschen Kontakten 54, 55 in der Vorrichtung 60, sodass die Abschnürkontrolle vom Strom beeinflusst wird, der durch die Ohmschen Kontakte 54, 55 geleitet wird, und so einen Spannungsunterschied zwischen den isolierten Kontakten 61, 62 und dem 2DEG bei Schnittstelle 15 erzeugt. Vorrichtung 60 ist praktisch in jeder Hinsicht die gleiche wie Vorrichtung 56 in der Art, dass ein einzelner isolierter Kontakt genügen würde, um Vorrichtung 60 zu erlauben, als Abschnürwiderstand zu fungieren; Modifikationen in Schichtmaterialinhalten und Konfigurationen der diversen Kontakte ermöglichen bestimmte parametrische Eigenschaften für die Vorrichtung, und Vorrichtung 60 kann als Stromsensor-Gerät fungieren. Vorrichtung 60 enthält aber auch eine Isolierschicht 64, die vor der Bildung der isolierten Kontakte 61, 62 geformt wird, um zu erlauben, dass Kontakte 61, 62 von der AlGaN-Schicht 16 isoliert werden.Now re Another embodiment of a pinch resistance according to the current invention is as a device 60 shown. contraption 60 includes isolated contacts 61 . 62 instead of the Schottky contacts 50 . 52 from , The isolated contacts have the additional advantage of allowing voltage blockages to a greater degree without device failure. contraption 60 works in the same way as device 56 that is, as a pinch resistor that pinches off the channel passing through the 2DEG at the interface 15 is generated when a sufficient amount of power is conveyed through the duct. However, isolated contacts can 61 . 62 be formed of each conductive material. The isolated contacts 61 . 62 are in electrical contact with the ohmic contacts 54 . 55 in the device 60 so that the pinch-off control is influenced by the current passing through the ohmic contacts 54 . 55 is passed, and so a voltage difference between the isolated contacts 61 . 62 and the 2DEG at interface 15 generated. contraption 60 is virtually the same as the device in every way 56 in the way that a single insulated contact would suffice to device 60 to allow to act as pinch resistance; Modifications in laminate contents and configurations of the various contacts provide certain parametric properties for the device, and device 60 can act as a current sensor device. contraption 60 but also contains an insulating layer 64 that precede the formation of the isolated contacts 61 . 62 is shaped to allow that contacts 61 . 62 from the AlGaN layer 16 be isolated.

Die Ohmschen Kontakte 54, 55 können auf verschieden Arten erzeugt werden, wie etwa durch die Implantation von Donatoren wie Si oder Ge, vor der Abscheidung, durch die Abscheidung von stark dotiertem III-Nitrid-Material auf der AlGaN-Schicht 16 vor der Ohmschen Abscheidung, die Formation einer III-Nitrid Supragitterstruktur unter den Ohmschen Kontakten 54, 55, das Ätzen der AlGaN-Schicht 16 in Verbindung mit den obigen Abscheidungen, und so weiter.The ohmic contacts 54 . 55 can be generated in various ways, such as by the implantation of donors such as Si or Ge, prior to deposition, by the deposition of heavily doped III-nitride material on the AlGaN layer 16 before the Ohmic deposition, the formation of a III-nitride supragitter structure under the ohmic contacts 54 . 55 , etching the AlGaN layer 16 in conjunction with the above deposits, and so on.

Beide Vorrichtungen 60 und 56 sind bidirektional, was ihre Flexibilität und die Anzahl der Anwendungen verbessert. Vorrichtungen 56 und 60 können auch mit HFETs erzeugt werden, wobei die Gatterelektrode (gate electrode) zur Quellenelektrode (source electrode) kurz geschlossen ist. Die Abtrennungen zwischen den Ohmschen und den Schottky-Kontakten sind variierbar, um den abgeschnürten Stromfluss zu erhöhen oder zu reduzieren. Die Geometrie der Schottky-Kontakte kann durch diverse Konfigurationen realisiert werden, wie etwa wenn Schottky-Material einen Ohmschen Kontakt umschließt, oder wenn zwei Schottky-Kontakte jeden Ohmschen Kontakt umschließen, oder durch einen nicht-umschließenden Schottky mit geätzten Regionen, um den Stromfluss auf bestimmte Regionen auf der Vorrichtung zu begrenzen, und so weiter.Both devices 60 and 56 are bidirectional, which improves their flexibility and the number of applications. devices 56 and 60 can also be generated with HFETs, with the gate electrode shorted to the source electrode. The separations between the ohmic and Schottky contacts are variable to increase or decrease the pinched current flow. The geometry of the Schottky contacts can be realized by various configurations, such as when Schottky material encloses an ohmic contact, or when two Schottky contacts enclose each ohmic contact, or through an etch-sealed Schottky non-enclosing Regions to limit the flow of electricity to specific regions on the device, and so on.

Nun bezüglich : Dies ist eine erläuternde Darstellung als Vorrichtung 70 dargestellt. Vorrichtung 70 beinhaltet ein Substrat 72, zusammengesetzt aus isolierfähigem oder stark widerstandsfähigem Material wie etwa Saphir, Silizium, Siliziumkarbid oder anderen geeigneten Materialien. Eine widerstandsfähige III-Nitrid Materialschicht 74 überlagert Substrat 72 und beinhaltet wahlweise eine Pufferschicht 73, positioniert zwischen Schicht 74 und Schicht 72. Pufferschicht 73 kann zwischen Puffern 74 und 72 positioniert werden, um die Dehnungskräfte verbunden mit der Gitterfehlanpassung zwischen den Schichten 72 und 74 zu reduzieren oder abzuschwächen. Eine weitere III-Nitrid Materialschicht 75 ist über Schicht 74 gelagert, sodass Schicht 75 eine kleinere In-Plane Gitterkonstante hat als Schicht 74. Gemäß dem Verhalten von III-Nitrid Materialien bildet sich ein 2DEG zwischen den Schichten 74 und 75, welches fähig ist, hohe Strommengen zu transportieren.Now regarding : This is an explanatory illustration as a device 70 shown. contraption 70 includes a substrate 72 composed of insulating or highly resistant material such as sapphire, silicon, silicon carbide or other suitable materials. A durable III-nitride material layer 74 superimposed substrate 72 and optionally includes a buffer layer 73 , positioned between layer 74 and layer 72 , buffer layer 73 can between buffers 74 and 72 be positioned to the strain forces associated with the lattice mismatch between the layers 72 and 74 to reduce or mitigate. Another III-nitride material layer 75 is over layer 74 stored, so layer 75 a smaller in-plane lattice constant has as a layer 74 , According to the behavior of III-nitride materials, a 2DEG forms between the layers 74 and 75 which is able to transport high amounts of electricity.

Vorrichtung 70 enthält auch eine Isolierschicht 76, welche die darunter befindliche Schicht schützt und außerdem ein Mittel darstellt, die Vorrichtung so zu gestalten, dass sie Kontakte und Elektroden bildet.contraption 70 also contains an insulating layer 76 which protects the underlying layer and also provides a means of configuring the device to form contacts and electrodes.

Vorrichtung 70 enthält auch Kontakte 77B, 78, wobei Kontakt 77B ein Schottky-Kontakt und Kontakt 78 ein Ohmscher Kontakt ist. Die Kontakte 77B, 78 sind in einem Feldplattendesign angebracht, wobei Teil der Kontakte durch die Isolierschicht 76 zur Kontaktschicht 75 verlaufen. Das bedeutet Schottky-Kontakt 77B beinhaltet einen Feldplattenteil 77A. Die daraus resultierende Vorrichtung ist ein nominal aktiver Gleichrichter, aufgrund der Bildung des High-Density High-Mobility-2DEGs an der Schnittstelle zwischen den Schichten 74, 75. Das 2DEG bildet sich durch die Kombination von piezoelektrischen und spontanen Polarisierungskräften, was eine extrem dünne aber gut leitfähige und sehr widerstandsfähige Schicht erzeugt. Ein Kanal, der sich an der Schnittstelle zwischen den Schichten 74 und 75 formt, kann einen sehr hohen Stromfluss befördern, ohne die Verwendung einer starken, dotierten Region. Dem gemäß können in einer Vorwärtsspannungsrichtung, wobei die Vorrichtung leitet, hohe Strommengen durch den Kanal transportiert werden. Unter den Bedingungen einer Sperrvorspannung ist dem Kanal mobile Ladung entzogen, sodass kein Strom in den Kanal fließt, und das starke Widerstandsverhalten der darunter liegenden Schicht 74 verhindert auch, dass die Ladung in diese Schicht fließt. Da Schichten 74 und 75 nicht dotiert sind, produziert die Sperrvorspannung der Vorrichtung schwache elektrische Felder. Da die Felder einen niedrigen Wert haben, kann das Gerät hohen Spannungen widerstehen und doch noch einen schwachen Vorwärtsspannungswiderstand erzeugen. Die hohen, kritischen Felder sowie auch die Verzahnung verbessern das RA-Produkt für eine bestimmte Durchschlagsspannung. Eine andere Eigenschaft der Vorrichtung 70 ist die Fähigkeit, die Vorrichtung durch die Ätzung der Schicht 75 abzutrennen, und das aufgrund der Widerstandsqualitäten von Schicht 74. Das bedeutet, das 2DEG kann beim Ätzen durch Schicht 75 unterbrochen werden. Da die Kontinuität von 2DEG durch die Ätzung eines Teils oder der gesamten Schicht 75 unterbrochen ist, können sich vielfache Vorrichtungen auf einem einzelnen Substrat bilden, die aber elektrisch voneinander getrennt sind. stellt Regionen 200 vor, welche Vertiefungen sein können, oder implantierte Regionen, oder irgendwelche andere Charakteristiken, die das 2DEG an bestimmten Positionen unterbrechen kann, um die Bildung vielfacher elektrisch getrennter Vorrichtungen auf einem Plättchen zu erlauben. Alle diese Eigenschaften und Vorteile ermöglichen die Integration einer Anzahl von Vorrichtungen auf einem einzelnen Chip, mit nur wenigen damit verbundenen Raumkompromissen, sodass die leistungsstarke Vorrichtung mit relativer Komplexität auf kleinerem Raum als gewöhnlich hergestellt werden kann.contraption 70 also contains contacts 77B . 78 where contact 77B a schottky contact and contact 78 an ohmic contact is. The contacts 77B . 78 are mounted in a field plate design, with part of the contacts through the insulating layer 76 to the contact layer 75 run. That means Schottky contact 77B includes a field plate part 77A , The resulting device is a nominally active rectifier due to the formation of the high-density high-mobility 2DEG at the interface between the layers 74 . 75 , The 2DEG is formed by the combination of piezoelectric and spontaneous polarization forces, creating an extremely thin but highly conductive and highly resistant layer. A channel that is at the interface between the layers 74 and 75 can carry a very high current flow without the use of a strong, doped region. Accordingly, in a forward voltage direction, with the device conducting, high amounts of current may be transported through the channel. Under conditions of reverse bias, the channel is deprived of mobile charge, so that no current flows into the channel, and the strong resistance of the underlying layer 74 Also prevents the charge from flowing into this layer. Because layers 74 and 75 are not doped, the reverse bias voltage of the device produces weak electric fields. Since the fields have a low value, the device can withstand high voltages and still produce a weak forward voltage resistance. The high, critical fields as well as the teeth improve the RA product for a certain breakdown voltage. Another feature of the device 70 is the ability to damage the device by etching the layer 75 due to the resistance qualities of Schicht 74 , This means that the 2DEG can be etched through layer 75 to be interrupted. As the continuity of 2DEG by the etching of a part or the entire layer 75 interrupted, multiple devices can form on a single substrate, but are electrically isolated from each other. represents regions 200 which pits may be, or implanted regions, or any other characteristics that may interrupt the 2DEG at certain positions to allow the formation of multiple electrically separated devices on a wafer. All of these features and advantages enable the integration of a number of devices on a single chip, with only a few associated space compromises, so that the high performance device can be manufactured in a smaller space than usual with relative complexity.

In Bezug auf , die ein Diagramm der Konstruktion des Gleichrichters mit verzahnten Fingern als Vorrichtung 80 darstellt. Durch die Ausrüstung von Schicht 80 mit verzahnten Fingern für die verschiedenen Kontakte stellt Vorrichtung 80 eine Verbesserung im RA-Produkt dar. Schottky-Kontaktläufer 81 bietet eine gemeinsame Verbindung für die Schottky-Kontaktfinger 83, während der Ohmsche Kontaktläufer 82 einen gemeinsamen Kontakt für die Ohmschen Kontaktfinger 84 bereitet. In der Gleichrichtervorrichtung 80 fließt Strom von Ohmschen Kontakten 84 zu den Schottky-Kontakten 83, mit sehr schwachem Widerstand und hoher Stromkapazität unter Vorwärtsspannungsbedingungen. Bei Sperrvorspannung entleert ein elektrisches Potential auf den Schottky-Kontakten 83 die 2DEG-Region, um den Kanal zu unterbrechen, der sich an der Schnittstelle zwischen den Schichten 74, 75 formt. Da die Schottky- und Ohmschen Kontakte 83, 84 verzahnt sind, ergeben sich eine Reihe von Stromwegen, die das RA-Produkt verbessern.In relation to showing a diagram of the design of the rectifier with toothed fingers as a device 80 represents. By the equipment of layer 80 with toothed fingers for the various contacts represents device 80 an improvement in the RA product. Schottky contact rotor 81 provides a common connection for the Schottky contact fingers 83 while the Ohmic contact runner 82 a common contact for the ohmic contact fingers 84 prepares. In the rectifier device 80 current flows from ohmic contacts 84 to the Schottky contacts 83 , with very low resistance and high current capacity under forward voltage conditions. With reverse bias, an electrical potential on the Schottky contacts is depleted 83 the 2DEG region to interrupt the channel, located at the interface between the layers 74 . 75 shaped. Since the schottky and ohmic contacts 83 . 84 interlinked, results in a series of current paths that enhance the RA product.

Eine Vorrichtung gemäß und leitet und blockiert die Spannung lateral. Darüber hinaus und im Gegensatz zur vorherigen Abbildung ist eine Vorrichtung gemäß und eine Schottky-Vorrichtung, die ein High-Density (hochverdichtetes) 2DEG verwendet.A device according to and conducts and blocks the tension laterally. In addition, and in contrast to the previous figure is a device according to and a Schottky device using a high density (high density) 2DEG.

Es soll erwähnt werden, dass der hohe Grad der Verzahnung ebenfalls die Raumausnützung verbessert.It should be mentioned that the high degree of gearing also improves the space utilization.

In einer Vorrichtung gemäß dem erläuternden Beispiel ist Isolierschicht 76 sehr dünn (10–200 Å), während die Breite der Feldplatte 77A sehr groß ist (1–3 μm), was mit der Größe eines Schottky-Kontakts 101 (3–10 μm) vergleichbar ist. In einem Gerät gemäß konventionellem Design ist die Kontaktfläche viel größer als die Plattenbreite. Der Grund, eine größer als gewöhnliche Feldplatte zu haben ist, dass damit der Schottky-Kontakt in dieser Art von Heteroübergangsvorrichtung bei hohen elektrischen Feldern sehr durchlässig ist. Die große Feldplatte 77A verlagert das Feld an das Ende des Schottky-Metalls, welches sich auf einem Isolator befindet, wo keine Durchlässigkeit erfolgt. Dadurch kann der Schottky-Kontakt vor hohen Feldern geschützt werden. In a device according to the illustrative example is insulating layer 76 very thin (10-200 Å), while the width of the field plate 77A is very large (1-3 μm), which is the size of a Schottky contact 101 (3-10 microns) is comparable. In a device according to conventional design, the contact area is much larger than the plate width. The reason for having a larger than ordinary field plate is that the Schottky contact in this type of heterojunction device is very transparent at high electric fields. The big field plate 77A shifts the field to the end of the Schottky metal, which is located on an insulator where no permeability occurs. This protects the Schottky contact from high fields.

Bezüglich , wo eine Technik zur Herstellung einer Vorrichtung 90 gemäß der aktuellen Erfindung dargestellt ist. In wird Vorrichtung 90 nach der Bildung einer Reihe von Schichten über einem Substrat 92 gezeigt. Substrat 92 kann aus einem Isolator oder aus stark widerstandsfähigem Material bestehen, wie etwa Saphir, Silizium, Siliziumkarbid oder ähnlichem Material.In terms of - where a technique for making a device 90 is shown according to the current invention. In becomes device 90 after forming a series of layers over a substrate 92 shown. substratum 92 may consist of an insulator or of highly resistant material, such as sapphire, silicon, silicon carbide or the like material.

Eine widerstandsfähige III-Nitridschicht wie etwa eine GaN-Schicht 94 ist dem Substrat 92 überlagert, mit einer dazwischen liegenden Pufferschicht 93. Pufferschicht 93 ist bereitgestellt, um die Dehnung zu verringern, die durch die Gitterfehlanpassung zwischen den Substraten 92 und 94 induziert wird. Über Schicht 94 gibt es eine weitere III-Nitridschicht 95, dargestellt in Vorrichtung 90 als eine AlGaN-Schicht. Schicht 94 hat eine größere In-Plane Gitterkonstante als Schicht 95, was die Ausbildung eines 2DEG 97 an der Schnittstelle der Schichten 94, 95 bewirkt.A resistant III nitride layer such as a GaN layer 94 is the substrate 92 superimposed, with an intermediate buffer layer 93 , buffer layer 93 is provided to reduce the strain caused by the lattice mismatch between the substrates 92 and 94 is induced. About shift 94 there is another III nitride layer 95 shown in device 90 as an AlGaN layer. layer 94 has a larger in-plane lattice constant as a layer 95 What the training of a 2DEG 97 at the interface of the layers 94 . 95 causes.

Bezüglich , ein Kontaktfenster 98 ist in Isolatorschicht 96 für die Bildung eines Ohmschen Kontakts auf Schicht 95 geöffnet. beschreibt die Abscheidung des Ohmschen Kontakts 99, um eine Verbindung zur AlGaN-Schicht 94 zu bereiten, um einen Weg für den Strom zu eröffnen, der in dem Kanal befördert wird, der durch 2DEG 97 gebildet wird.In terms of , a contact window 98 is in insulator layer 96 for the formation of an ohmic contact on shift 95 open. describes the deposition of the ohmic contact 99 to connect to the AlGaN layer 94 to prepare a path for the current carried in the channel created by 2DEG 97 is formed.

Jetzt in Bezug auf , wo ein Schottky-Kontaktfenster 101 in Isolierschicht 96 geöffnet wird, um AlGaN-Schicht 95 freizulegen. In Bezug auf , wo ein Schottky-Kontakt 103 über und in Kontakt mit AlGaN-Schicht 96 durch Kontaktfenster 101 angebracht ist. Schottky-Kontakt 103 ist auch in der Lage, Strom zu befördern, der vom durch 2DEG 97 gebildeten Kanal bereitgestellt wird.Now in terms of where a Schottky contact window 101 in insulating layer 96 is opened to AlGaN layer 95 expose. In relation to where a Schottky contact 103 over and in contact with AlGaN layer 96 through contact window 101 is appropriate. Schottky contact 103 is also able to carry electricity that is powered by 2DEG 97 formed channel is provided.

Durch die Bildung von Vorrichtung 90, welche als ein Gleichrichter wie oben beschrieben fungiert, wird Isolierschicht 96 zunächst über Schicht 95 abgeschieden, um den Zerfall von AlGaN-Schicht 95 während des Ausheilens zu verringern. Wenn der Ohmsche Metallkontakt 99 durch die Isolierschicht 96 in angebracht wird, findet ein Ausheilprozess statt, um die Formierung des Ohmschen Kontakts 99 fertig zu stellen. Während des Ausheilprozesses verhindert Isolatorschicht 96 einen substantiellen Verfall der AlGaN-Schicht 94. Beachten Sie, dass keine der Schichten, welche Vorrichtung 90 bildet, dotiert oder typischen Prozessen ausgesetzt werden muss, die in der Bildung von dotierten Halbleitermaterialien verwendet werden. Das Nichtvorhandensein einer dotierten, Strom führenden Schicht und die Verwendung des gut leitfähigen 2DEG 97 verbessert das RA-Produkt für eine bestimmte Durchschlagsspannung enorm. Die widerstandsfähige GaN-Schicht 94 erlaubt auch die Abtrennung von Vorrichtung 90 durch Ätzen der AlGaN-Schicht 94. Diese Fähigkeit der Abtrennung von Vorrichtung 97 ermöglicht die Integration zahlreicher Vorrichtungen auf einem einzelnen Chip, sodass ein komplettes Netz bei der Herstellung eines integrierten Stromkreises realisiert werden kann.By the formation of device 90 which functions as a rectifier as described above becomes insulating layer 96 first over layer 95 deposited to decomposition of AlGaN layer 95 during the healing process. When the ohmic metal contact 99 through the insulating layer 96 in is attached, takes place an annealing process to the formation of the ohmic contact 99 to finish. During the annealing process insulator layer prevents 96 a substantial decline of the AlGaN layer 94 , Note that none of the layers, which device 90 forms, doped or exposed to typical processes used in the formation of doped semiconductor materials. The absence of a doped current-carrying layer and the use of the highly conductive 2DEG 97 dramatically improves the RA product for a given breakdown voltage. The resistant GaN layer 94 also allows the separation of device 90 by etching the AlGaN layer 94 , This ability of separation of device 97 enables the integration of many devices on a single chip, so that a complete network can be realized in the manufacture of an integrated circuit.

Beachten Sie, dass zum Beispiel Schottky-Kontaktfenster 101 mit schrägen Seiten gebildet werden kann, gemäß dem erläuternden Beispiel.Note that, for example, Schottky contact window 101 can be formed with sloping sides, according to the illustrative example.

Die Herstellung von Ohmschen Kontakten, Schottky-Kontakten, Isolierschichten und metallisierten Kontakten kann mit Hilfe bekannter Techniken ausgeführt werden. Darüber hinaus können Passivierungsschichten (passivation layers) und Umhüllen (cladding) bei den hier beschriebenen Geräten verwendet werden, genauso wie Techniken zur Formung von Kontakten zu Strom führenden Elektroden und Gates (Gatter), um eine komplette Anlage herzustellen.The fabrication of ohmic contacts, Schottky contacts, insulating layers and metallized contacts can be accomplished by known techniques. In addition, passivation layers and cladding may be used with the devices described herein, as well as techniques for forming contacts to current carrying electrodes and gates to produce a complete package.

Die III-Nitridmaterialien, welche zur Konstruktion der Vorrichtungen 31, 41, 56, 60 und 70 verwendet werden, besitzen eine weitaus bessere Blockiercharakteristik als konventionelle Materialien, sodass die Vorrichtungen kleiner gebaut werden können als es mit konventionellen Materialien möglich ist, während betriebsspezifische parametrische Werte beibehalten werden. Da die Vorrichtungen 31, 41, 56, 60 und 70 in kleinerer Form als konventionelle Vorrichtungen realisiert werden können, um vergleichbare Funktionen zu erfüllen, kann eine reduzierte Aktivresistenz (on-resistance) realisiert werden, um einen besseren Leistungsgrad zu erhalten.The III-nitride materials used in the construction of the devices 31 . 41 . 56 . 60 and 70 have much better blocking characteristics than conventional materials, allowing the devices to be made smaller than conventional materials while retaining operational parametric values. Because the devices 31 . 41 . 56 . 60 and 70 can be realized in a smaller form than conventional devices to perform comparable functions, a reduced on-resistance can be realized in order to obtain a better degree of performance.

Darüber hinaus können die hier beschriebenen Elektroden mit einem niederohmigen Kontaktprozess gebildet werden, welcher die betriebliche Charakteristik der beschriebenen Vorrichtungen weiter verbessert.In addition, the electrodes described herein can be formed with a low-resistance contact process, which further improves the operational characteristics of the devices described.

Jetzt in Bezug auf , wo der Schottky-Teil 77B der Vorrichtung in mit dem P-Typ GaN Body 103 ersetzt werden kann. P-Typ GaN Body 103 kann innerhalb Öffnung 101 gehalten werden oder könnte über den Isolator hinausragen, sollte er durch Neu-Aufwachsen (through regrowth) erzeugt worden sein.Now in terms of where the Schottky part 77B the device in with the P-type GaN Body 103 can be replaced. P-Type GaN Body 103 can within opening 101 held or could protrude beyond the insulator if it had been generated by regrowth.

Claims (28)

III-Nitrid-Stromsteuervorrichtung (31; 41; 56; 60; 70), umfassend: – einen Leitungskanal, gebildet an einer Schnittstelle (15) zwischen zwei III-Nitridmaterialien (14, 16; 74, 75), welche unterschiedliche In-Plane-Gitterkonstanten oder unterschiedliche Bandlücken aufweisen; – eine erste Elektrode (19; 52; 55; 62; 55; 78), gekoppelt mit dem Leitungskanal, um Kanalstrom zu transportieren; – eine zweite Elektrode (18, 30; 18, 40; 54, 50; 54, 61; 77A, 77B) gekoppelt mit dem Leitungskanal und betriebsbereit, den Leitungskanal zu beeinflussen, um die Stromleitung zwischen der ersten Elektrode (19; 52; 55; 62; 55; 78) und der zweiten Elektrode (18, 30; 18, 40; 54, 50; 54, 61; 77A, 77B) durch den Leitungskanal zu kontrollieren; wobei – die zweite Elektrode (18, 30; 18, 40; 54, 50; 54, 61; 77A, 77B) einen ohmschen Kontakt (18; 54; 77A) und einen gleichrichtenden Kontakt (30; 40; 50; 61; 77B) umfasst; wobei der gleichrichtende Kontakt (30; 40; 50; 60; 77A) auf dem ohmschen Kontakt (18; 54; 77B) liegt; und wobei – die erste Elektrode (19; 52; 55; 62; 5; 78) einen weiteren ohmschen Kontakt (19; 55; 78) umfasst.III-nitride current control device ( 31 ; 41 ; 56 ; 60 ; 70 ), comprising: - a duct formed at an interface ( 15 ) between two III-nitride materials ( 14 . 16 ; 74 . 75 ) having different in-plane lattice constants or different band gaps; A first electrode ( 19 ; 52 ; 55 ; 62 ; 55 ; 78 ) coupled to the duct to carry duct power; A second electrode ( 18 . 30 ; 18 . 40 ; 54 . 50 ; 54 . 61 ; 77A . 77B coupled to the duct and operative to affect the duct to connect the power line between the first electrode (12) 19 ; 52 ; 55 ; 62 ; 55 ; 78 ) and the second electrode ( 18 . 30 ; 18 . 40 ; 54 . 50 ; 54 . 61 ; 77A . 77B ) through the duct; wherein - the second electrode ( 18 . 30 ; 18 . 40 ; 54 . 50 ; 54 . 61 ; 77A . 77B ) an ohmic contact ( 18 ; 54 ; 77A ) and a rectifying contact ( 30 ; 40 ; 50 ; 61 ; 77B ); where the rectifying contact ( 30 ; 40 ; 50 ; 60 ; 77A ) on the ohmic contact ( 18 ; 54 ; 77B ) lies; and wherein - the first electrode ( 19 ; 52 ; 55 ; 62 ; 5 ; 78 ) another ohmic contact ( 19 ; 55 ; 78 ). Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Elektrode (52, 55; 62, 55) außerdem einen gleichrichtenden Kontakt (52; 62) umfasst.Device according to claim 1, wherein the first electrode ( 52 . 55 ; 62 . 55 ) also has a rectifying contact ( 52 ; 62 ). Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Elektrode einen p-Typ-Halbleiter umfasst.The device of claim 1, wherein the first electrode comprises a p-type semiconductor. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Elektrode einen n-Typ-Halbleiter umfasst.The device of claim 1, wherein the first electrode comprises an n-type semiconductor. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die III-Nitridmaterialien (14, 16; 74, 75) GaN- (14, 74) beziehungsweise AlGaN-Schichten (16, 75) umfassen, wobei die Elektroden (19; 52; 55; 62; 55; 78; 18, 30; 18, 40; 54, 50; 54, 61; 77A, 77B) auf der AlGaN-Schicht (16; 75) gebildet werden.Device according to claim 1, wherein the III-nitride materials ( 14 . 16 ; 74 . 75 ) GaN- ( 14 . 74 ) or AlGaN layers ( 16 . 75 ), the electrodes ( 19 ; 52 ; 55 ; 62 ; 55 ; 78 ; 18 . 30 ; 18 . 40 ; 54 . 50 ; 54 . 61 ; 77A . 77B ) on the AlGaN layer ( 16 ; 75 ) are formed. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der gleichrichtende Kontakt der zweiten Elektrode (18, 30; 18, 40; 54, 50; 54, 61; 77A, 77B) einen Schottky-Kontakt (30; 50; 77B) umfasst.Device according to claim 1, wherein the rectifying contact of the second electrode ( 18 . 30 ; 18 . 40 ; 54 . 50 ; 54 . 61 ; 77A . 77B ) a Schottky contact ( 30 ; 50 ; 77B ). Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Elektrode (77A, 103) einen p-Typ-Halbleiter (103) umfasst.Device according to claim 1, wherein the second electrode ( 77A . 103 ) a p-type semiconductor ( 103 ). Vorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Isolierschicht (42; 64) zwischen dem gleichrichtenden Kontakt (40; 61) der zweiten Elektrode (18, 40; 54, 61) und einem der beiden III-Nitridmaterialien (14; 16).Apparatus according to claim 1, further comprising an insulating layer ( 42 ; 64 ) between the rectifying contact ( 40 ; 61 ) of the second electrode ( 18 . 40 ; 54 . 61 ) and one of the two III-nitride materials ( 14 ; 16 ). Vorrichtung gemäß Anspruch 5, weiterhin umfassend eine Isolierschicht (42; 64) zwischen dem gleichrichtenden Kontakt (40; 61) der zweiten Elektrode (18, 40; 54, 61) und der AlGaN-Schicht (16).Apparatus according to claim 5, further comprising an insulating layer ( 42 ; 64 ) between the rectifying contact ( 40 ; 61 ) of the second electrode ( 18 . 40 ; 54 . 61 ) and the AlGaN layer ( 16 ). Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der gleichrichtende Kontakt (40; 61) der zweiten Elektrode (18, 40; 54, 61) ein leitendes Material mit Si, GaN oder Ge umfasst.Device according to claim 8, wherein the rectifying contact ( 40 ; 61 ) of the second electrode ( 18 . 40 ; 54 . 61 ) comprises a conductive material comprising Si, GaN or Ge. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei der gleichrichtende Kontakt (40; 61) der zweiten Elektrode ein leitendes Material mit Si, GaN oder Ge ist.Device according to claim 9, wherein the rectifying contact ( 40 ; 61 ) of the second electrode is a conductive material with Si, GaN or Ge. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der gleichrichtende Kontakt (40; 61) der zweiten Elektrode (18, 40; 54, 61) ein Halbleitermaterial umfasst.Device according to claim 8, wherein the rectifying contact ( 40 ; 61 ) of the second electrode ( 18 . 40 ; 54 . 61 ) comprises a semiconductor material. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei der gleichrichtende Kontakt (40; 61) der zweiten Elektrode ein Halbleitermaterial ist.Device according to claim 9, wherein the rectifying contact ( 40 ; 61 ) of the second electrode is a semiconductor material. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Leitungskanal mit einem zweidimensionalen Elektronengas gebildet wird.Apparatus according to claim 1, wherein the duct is formed with a two-dimensional electron gas. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Vertiefung (20), die in einem der III-Nitridmaterialien (16) unter einem Teil des gleichrichtenden Kontaktes (30; 40) der zweiten Elektrode (18, 30; 18, 40) gebildet wird.Apparatus according to claim 1, further comprising a recess ( 20 ) contained in one of the III-nitride materials ( 16 ) under a part of the rectifying contact ( 30 ; 40 ) of the second electrode ( 18 . 30 ; 18 . 40 ) is formed. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei die Vertiefung (20) dazu eingerichtet ist, Ladungsträger unter der zweiten Elektrode (18, 30; 18, 40) zu beseitigen.Device according to claim 15, wherein the recess ( 20 ) is arranged to charge carriers under the second electrode ( 18 . 30 ; 18 . 40 ) to eliminate. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei die Vertiefung (20) dazu eingerichtet ist, die Ladungsdichte unter der zweiten Elektrode (18, 30; 18, 40) zu reduzieren, was die Reduzierung des Pinch-Stroms bewirkt.Device according to claim 15, wherein the recess ( 20 ) is arranged to increase the charge density under the second electrode ( 18 . 30 ; 18 . 40 ), which causes the reduction of pinch current. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei die Vertiefung (20) schräge Seiten (22) hat.Device according to claim 15, wherein the recess ( 20 ) oblique pages ( 22 ) Has. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Elektrode (52, 55) weiterhin einen Schottky-Kontakt (52) umfasst, der mit dem Leitungskanal gekoppelt und betriebsbereit ist, um den Leitungskanal zu beeinflussen, um die Stromleitung im Leitungskanal zu kontrollieren.Device according to claim 1, wherein the first electrode ( 52 . 55 ), a Schottky contact ( 52 ) coupled to the duct and operative to affect the duct to control the power line in the duct. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Elektrode (52, 55) und die zweite Elektrode (54, 50) weiterhin Schottky-Kontakte (52, 50) umfassen, welche mit dem Leitungskanal gekoppelt und betriebsfähig sind, um den Leitungskanal zu beeinflussen, um die Stromleitung im Leitungskanal zu kontrollieren.Device according to claim 1, wherein the first electrode ( 52 . 55 ) and the second electrode ( 54 . 50 ) continue to use Schottky contacts ( 52 . 50 ), which are coupled to the duct and operable to affect the duct to control the power line in the duct. Vorrichtung gemäß Anspruch 20, wobei jeder Schottky-Kontakt (52, 50) von einem entsprechenden Ohmschen Kontakt (55, 54) beabstandet und mit diesem verbunden ist, in einer entsprechenden Elektrode (52, 55; 54, 50).Apparatus according to claim 20, wherein each Schottky contact ( 52 . 50 ) from a corresponding Ohmic contact ( 55 . 54 ) and connected to it, in a corresponding electrode ( 52 . 55 ; 54 . 50 ). Vorrichtung gemäß Anspruch 21, wobei die Abstände zwischen jedem Schottky Kontakt (52, 50) und dem entsprechenden ohmschen Kontakt (55, 54) im Wesentlichen gleich sind.Apparatus according to claim 21, wherein the distances between each Schottky contact ( 52 . 50 ) and the corresponding ohmic contact ( 55 . 54 ) are substantially the same. Verfahren zur Bildung einer selektiven, Strom-führenden III-Nitrid-Vorrichtung (31; 41), umfassend: – Bereitstellen eines Substrats (12); – Bilden einer III-Nitridschicht (14) über dem Substrat (12) mit einer ersten In-Plane-Gitterkonstanten; – Bilden einer weiteren III-Nitridschicht (16) über der ersten III-Nitridschicht (14), wobei die zweite III-Nitridschicht (16) eine zweite In-Plane-Gitterkonstante besitzt, welche kleiner als die erste In-Plane-Gitterkonstante ist; – Bilden einer ersten Elektrode (19) an der zweiten III-Nitridschicht (16), wobei die erste Elektrode (19) einen ohmschen Kontakt umfasst; – Bilden einer Vertiefung (20) in der zweiten III-Nitridschicht (16); – Bilden eines ohmschen Kontakts (18) einer zweiten Elektrode (18, 30; 18, 40); – Bilden eines gleichrichtenden Kontakts (30; 40) der zweiten Elektrode (18, 30; 18, 40) in der Vertiefung (20) und auf dem ohmschen Kontakt (18) liegend in der Art, dass ein Leitungskanal zwischen der ersten Elektrode (19) und der zweiten Elektrode (18, 30; 18, 40) unter dem gleichrichtenden Kontakt (30; 40) unterbrochen wird, um eine normal inaktive Vorrichtung zu erhalten.Process for forming a selective, current-carrying III-nitride device ( 31 ; 41 ), comprising: providing a substrate ( 12 ); Forming a III-nitride layer ( 14 ) above the substrate ( 12 ) with a first in-plane lattice constant; Forming another III-nitride layer ( 16 ) over the first III nitride layer ( 14 ), wherein the second III-nitride layer ( 16 ) has a second in-plane lattice constant which is smaller than the first in-plane lattice constant; Forming a first electrode ( 19 ) on the second III-nitride layer ( 16 ), the first electrode ( 19 ) comprises an ohmic contact; - forming a depression ( 20 ) in the second III-nitride layer ( 16 ); - forming an ohmic contact ( 18 ) a second electrode ( 18 . 30 ; 18 . 40 ); - forming a rectifying contact ( 30 ; 40 ) of the second electrode ( 18 . 30 ; 18 . 40 ) in the depression ( 20 ) and on ohmic contact ( 18 ) lying in such a way that a duct between the first electrode ( 19 ) and the second electrode ( 18 . 30 ; 18 . 40 ) under the rectifying contact ( 30 ; 40 ) is interrupted to obtain a normally inactive device. Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Bilden des gleichrichtenden Kontakts (30; 40) in der Vertiefung (20) das Bilden eines Schottky-Kontakts (30) in der Vertiefung (20) umfasst.The method of claim 23, wherein said forming the rectifying contact ( 30 ; 40 ) in the depression ( 20 ) forming a Schottky contact ( 30 ) in the depression ( 20 ). Verfahren gemäß Anspruch 23, weiterhin umfassend die Herstellung einer Maske (62) über der zweiten III-Nitridschicht (16), um Positionen (64, 65) der Vertiefungen (20) zu bestimmen, wobei die Maske (62) dort schräge Seiten aufweist, wo die Vertiefungen bestimmt werden müssen.The method of claim 23, further comprising preparing a mask ( 62 ) over the second III-nitride layer ( 16 ) to positions ( 64 . 65 ) of the depressions ( 20 ), the mask ( 62 ) has there sloping sides where the wells must be determined. Verfahren gemäß Anspruch 23, weiterhin umfassend die Herstellung der Vertiefung (20) mit schrägen Seiten (22).A method according to claim 23, further comprising producing the recess ( 20 ) with sloping sides ( 22 ). Verfahren gemäß Anspruch 23, weiterhin umfassend die Bildung des gleichrichtenden Kontakts (30, 40), der mit dem ohmschen Kontakt (18) der zweiten Elektrode (18, 30; 18, 40) verbunden ist.The method of claim 23, further comprising forming the rectifying contact ( 30 . 40 ), which with the ohmic contact ( 18 ) of the second electrode ( 18 . 30 ; 18 . 40 ) connected is. Verfahren gemäß Anspruch 23, weiterhin umfassend die Herstellung einer Isolierschicht (42) in der Vertiefung (20), vor der Bildung des gleichrichtenden Kontakts (40).A method according to claim 23, further comprising preparing an insulating layer ( 42 ) in the depression ( 20 ), prior to the formation of the rectifying contact ( 40 ).
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