TW202416535A - 基於氮化鎵的常閉型半導體裝置 - Google Patents
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Abstract
基於氮化鎵的常閉型半導體裝置包括共同層、常開型元件、常閉型元件、源極電極及汲極電極。常開型元件與常閉型元件沿著水平方向分離設置於共同層上。源極電極與汲極電極沿著水平方向隔著常開型元件與常閉型元件設置於共同層上。共同層由下往上依序包括基板、第一氮化鎵載子通道層及第一氮化鋁鎵載子阻障層。常開型元件由下往上依序包括第二氮化鋁鎵載子阻障層、第二氮化鎵載子通道層、第一P型氮化鎵層及第一閘極電極。常閉型元件由下往上依序包括第二P型氮化鎵層及第二閘極電極。常開型元件的第一閘極電極電性連接於源極電極。
Description
本發明是關於一種半導體裝置,且特別是關於一種單一晶片之基於氮化鎵的高壓常閉型半導體裝置。
在汽車電子、電源轉換、電機驅動、工業控制和無線通信的應用領域中,從安全和節能的角度來看,通常需要利用到常閉型(normally-off)元件(意即,具有正臨界電壓之元件,也稱為增強型(E型)元件),可簡化由閘極驅動電路施加至元件的驅動設計,以利於電路安全設計。
傳統上,電力轉換元件是由矽(Si)半導體元件所擔任,但Si半導體元件的性能已幾乎提升到其物性極限,處於難以再更進一步節能化的狀況。目前,氮化鎵(GaN)擁有在電力效率性及耐電壓性方面更佳的物性值,單一晶片之基於氮化鎵的低壓常閉型半導體裝置已被實現應用於手機快充、筆電快充等技術領域,然而,單一晶片之基於氮化鎵的高壓常閉型半導體裝置尚未量產實現。
本發明之目的在於提出一種基於氮化鎵的常閉型半導體裝置包括:共同層、設置在共同層上的常開型元件、常閉型元件、源極電極及汲極電極。共同層包括:基板、設置在基板上的第一氮化鎵載子通道層以及設置在第一氮化鎵載子通道層上的第一氮化鋁鎵載子阻障層。常開型元件包括:第二氮化鋁鎵載子阻障層、設置在第二氮化鋁鎵載子阻障層上的第二氮化鎵載子通道層、設置在第二氮化鎵載子通道層上的第一P型氮化鎵層以及與第一P型氮化鎵層電性接觸的第一閘極電極。常閉型元件包括:第二P型氮化鎵層以及與第二P型氮化鎵層電性接觸的第二閘極電極。源極電極與共同層電性接觸,常開型元件的第一閘極電極電性連接於源極電極。汲極電極與共同層電性接觸。常開型元件與常閉型元件係沿著水平方向分離設置於共同層上。源極電極與汲極電極係沿著水平方向隔著常開型元件與常閉型元件設置於共同層上。
在一些實施例中,當基於氮化鎵的常閉型半導體裝置未被施加電壓時,在第一氮化鎵載子通道層與第一氮化鋁鎵載子阻障層之間的異質接面處形成有二維電子氣,且在第二氮化鎵載子通道層與第二氮化鋁鎵載子阻障層之間的異質接面處形成有二維電洞氣。
在一些實施例中,當向常閉型元件的第二閘極電極施加0伏以下的電壓且相對於源極電極向汲極電極施加正電壓時,位於常閉型元件之正下方的共同層之第一氮化鎵載子通道層與第一氮化鋁鎵載子阻障層之間的異質接面處不具有二維電子氣而使常閉型元件處於斷路狀態且進一步地使常開型元件也處於斷路狀態,導致基於氮化鎵的常閉型半導體裝置處於斷路狀態。當向常閉型元件的第二閘極電極施加正電壓且相對於源極電極向汲極電極施加正電壓時,位於常閉型元件之正下方的共同層之第一氮化鎵層與第一氮化鋁鎵載子阻障層之間的異質接面處具有二維電子氣而使常閉型元件處於導通狀態且常開型元件也處於導通狀態,導致基於氮化鎵的常閉型半導體裝置處於導通狀態。
在一些實施例中,上述第一氮化鋁鎵載子阻障層(Al
x1Ga
1-x1N)的鋁含量x1低於第二氮化鋁鎵載子阻障層(Al
x2Ga
1-x2N)的鋁含量x2。
在一些實施例中,上述第一氮化鋁鎵載子阻障層(Al
x1Ga
1-x1N)的鋁含量x1介於0.10至0.22之間,上述第二氮化鋁鎵載子阻障層(Al
x2Ga
1-x2N)的鋁含量x2介於0.18至0.35之間。
在一些實施例中,上述第一P型氮化鎵層與第二P型氮化鎵層係為鎂摻雜之P型氮化鎵層,上述第一P型氮化鎵層之鎂摻雜濃度相同於第二P型氮化鎵層之鎂摻雜濃度。
在一些實施例中,上述第一P型氮化鎵層與第二P型氮化鎵層係為鎂摻雜之P型氮化鎵層,上述第一P型氮化鎵層之鎂摻雜濃度不同於第二P型氮化鎵層之鎂摻雜濃度。
在一些實施例中,上述基板為藍寶石基板、矽基板、矽與氮化鋁的複合基板、或者是矽與氧化矽的複合基板。
在一些實施例中,上述共同層的基板與第一氮化鎵載子通道層之間更夾設有基礎層,其中基礎層包含碳摻雜氮化鎵層與成長於基板上的成核層,其中成核層為氮化鎵層、氮化鋁鎵層或者是氮化鋁層。
本發明之目的在於另提出一種基於氮化鎵的常閉型半導體裝置包括:共同層、設置在共同層上的常開型元件、常閉型元件、源極電極及汲極電極。共同層包括:基板、設置在基板上的第一氮化鎵載子通道層以及設置在第一氮化鎵載子通道層上的第一氮化鋁鎵載子阻障層。常開型元件包括:第二氮化鋁鎵載子阻障層、設置在第二氮化鋁鎵載子阻障層上的第二氮化鎵載子通道層、設置在第二氮化鎵載子通道層上的第一P型氮化鎵層、設置在第一P型氮化鎵層上的第一氧化鋁層以及與第一氧化鋁層電性接觸的第一閘極電極。常閉型元件包括:第二P型氮化鎵層、設置在第二P型氮化鎵層上的第二氧化鋁層以及與第二氧化鋁層電性接觸的第二閘極電極。源極電極與共同層電性接觸,常開型元件的第一閘極電極電性連接於源極電極。汲極電極與共同層電性接觸。常開型元件與常閉型元件係沿著水平方向分離設置於共同層上。源極電極與汲極電極係沿著水平方向隔著常開型元件與常閉型元件設置於共同層上。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下仔細討論本發明的實施例。然而,可以理解的是,實施例提供許多可應用的概念,其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論、揭示之實施例僅供說明,並非用以限定本發明之範圍。關於本文中所使用之『第一』、『第二』、…等,並非特別指次序或順位的意思,其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。
圖1係根據本發明的第一實施例之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置10的結構示意圖。基於氮化鎵的常閉型半導體裝置10包括共同層100、設置在共同層100上的常開型元件200、設置在共同層100上的常閉型元件300、設置在共同層100上的源極電極S、以及設置在共同層100上的汲極電極D。
如圖1所示,常開型元件200與常閉型元件300沿著水平方向X分離地(彼此互不接觸地)設置於共同層100上。而源極電極S與汲極電極D則是沿著水平方向X隔著常開型元件200與常閉型元件300設置於共同層100上。
如圖1所示,共同層100沿著垂直方向Y由下往上依序包括基板110、設置在基板110上的第一氮化鎵(GaN)載子通道層GaN1以及設置在第一氮化鎵載子通道層GaN1上的第一氮化鋁鎵(AlGaN)載子阻障層AlGaN1。
在本發明的第一實施例中,基板110為藍寶石基板(sapphire)、矽基板、矽與氮化鋁的複合基板、或者是矽與氧化矽的複合基板。在本發明的第一實施例中,第一氮化鎵載子通道層GaN1可為未摻雜(undoped)的GaN層。在本發明的第一實施例中,第一氮化鋁鎵載子阻障層(Al
x1Ga
1-x1N)的鋁含量x1介於0.10至0.22之間,但本發明不限於此。
在本發明的其他實施例中,基板110與第一氮化鎵載子通道層GaN1之間還可夾設有一基礎層(圖未示)。上述之基礎層包含碳摻雜氮化鎵層(c-GaN)與成長於基板110(異質基板)上的成核層。上述之成核層可為氮化鎵層、氮化鋁鎵層或者是氮化鋁層。
如圖1所示,常開型元件200沿著垂直方向Y由下往上依序包括第二氮化鋁鎵載子阻障層AlGaN2、設置在第二氮化鋁鎵載子阻障層AlGaN2上的第二氮化鎵載子通道層GaN2、設置在第二氮化鎵載子通道層GaN2上的第一P型氮化鎵(p-GaN)層p-GaN1、以及與第一P型氮化鎵層p-GaN1電性接觸的第一閘極電極G1。在本發明的第一實施例中,第一閘極電極G1與第一P型氮化鎵層p-GaN1形成一歐姆接觸或一蕭特基接觸。
在本發明的第一實施例中,第二氮化鎵載子通道層GaN2可為未摻雜(undoped)的GaN層。在本發明的第一實施例中,第二氮化鋁鎵載子阻障層(Al
x2Ga
1-x2N)的鋁含量x2介於0.18至0.35之間,但本發明不限於此。在本發明的第一實施例中,第一氮化鋁鎵載子阻障層(Al
x1Ga
1-x1N)的鋁含量x1低於第二氮化鋁鎵載子阻障層(Al
x2Ga
1-x2N)的鋁含量x2。在本發明的第一實施例中,第一P型氮化鎵層p-GaN1係為鎂摻雜之P型氮化鎵層。
具體而言,常開型元件200通過依序沉積第一氮化鎵載子通道層GaN1、第二氮化鋁鎵載子阻障層AlGaN2、第二氮化鎵載子通道層GaN2、第一P型氮化鎵層p-GaN1,以形成極化超接面(polarization super juntion,PSJ)區域,從而構成高壓(高耐壓,例如大於800V)且具有常開型(或稱為耗盡型(depletion mode,d-mode))元件特性的常開型元件200。關於極化超接面(PSJ)係已知的,例如美國專利前案第20170263710A1號,故因此將不予作進一步說明。
如圖1所示,常閉型元件300沿著垂直方向Y由下往上依序包括第二P型氮化鎵層p-GaN2以及與第二P型氮化鎵層p-GaN2電性接觸的第二閘極電極G2。在本發明的第一實施例中,第二閘極電極G2與第二P型氮化鎵層p-GaN2形成一歐姆接觸或一蕭特基接觸。
在本發明的第一實施例中,第二P型氮化鎵層p-GaN2係為鎂摻雜之P型氮化鎵層。在本發明的一些實施例中,第一P型氮化鎵層p-GaN1之鎂摻雜濃度相同於第二P型氮化鎵層p-GaN2之鎂摻雜濃度。在本發明的另外一些實施例中,第一P型氮化鎵層p-GaN1之鎂摻雜濃度不同於第二P型氮化鎵層p-GaN2之鎂摻雜濃度。
具體而言,常閉型元件300通過在共同層100的第一氮化鋁鎵載子阻障層AlGaN1上覆蓋設置第二P型氮化鎵層p-GaN2,以將位於常閉型元件300的正下方的第一氮化鋁鎵載子阻障層AlGaN1的部份的能帶提高到費米能級以上,透過能帶的變化使第二閘極電極G2下方的二維電子氣減弱或消失,從而構成低壓(低耐壓,例如100V~200V)且具有常閉型(或稱為增強型(enhancement mode,e-mode))元件特性的常閉型元件300。關於在氮化鋁鎵載子阻障層上覆蓋設置P型氮化鎵層來做能帶的變化係已知的,例如C. S. Suh等人在2006年6月於64th Device Research Conference第163-164頁發表之“p-GaN/AlGaN/GaN Enhancement-Mode HEMTs”所記載的內容,故因此將不予作進一步說明。
在本發明的第一實施例中,基於氮化鎵的常閉型半導體裝置10為異質接面場效電晶體(hetero-junction FET,HFET)。
如圖1所示,源極電極S與共同層100的第一氮化鋁鎵載子阻障層AlGaN1電性接觸。在本發明的第一實施例中,源極電極S與第一氮化鋁鎵載子阻障層AlGaN1形成一歐姆接觸或一蕭特基接觸。
如圖1所示,汲極電極D與共同層100的第一氮化鋁鎵載子阻障層AlGaN1電性接觸。在本發明的第一實施例中,汲極電極D與第一氮化鋁鎵載子阻障層AlGaN1形成一歐姆接觸或一蕭特基接觸。
在本發明的第一實施例中,源極電極S在水平方向X上的寬度例如為2μm,第二閘極電極G2在水平方向X上的寬度例如為2μm,第一閘極電極G1在水平方向X上的寬度例如為6μm,汲極電極D在水平方向X上的寬度例如為2μm,第一閘極電極G1與汲極電極D在水平方向X上的間距例如為28μm,源極電極S與第二閘極電極G2在水平方向X上的間距例如為5μm,但上述距離數值僅為例示,本發明不限於此。
圖2係根據本發明的第一實施例之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置10的等效電路圖。如圖2所示,常開型元件200的第一閘極電極G1電性連接於源極電極S。如圖1與圖2所示,基於氮化鎵的常閉型半導體裝置10係將高壓常開型元件200與低壓常閉型元件300進行串疊(cascode),利用電路的設計補償來達到常閉特性及高壓特性,並採用覆晶整合方式(利用同一材料的覆晶晶片固晶在單一基板上)在同一個晶片裡實現單一晶片之高壓常閉型半導體裝置(或稱為高功率密度堆積的高壓常閉功率型元件),透過單一晶片形式可去除引線封裝且將裝置的寄生電感降到最低,以擁有較佳的特性,但本發明不限於此。在本發明的其他實施例中,也可以基於圖2設計出兩個分離式(discrete)晶片(意即,將常開型場效電晶體與常閉型場效電晶體進行串疊)透過引線封裝而構成的高壓常閉型半導體電路。
請回到圖1,在本發明的第一實施例中,於基於氮化鎵的常閉型半導體裝置10非動作時(未施加電壓時),在第二氮化鎵載子通道層AlGaN2與第二氮化鎵載子通道層GaN2之間的異質接面附近的部分的第二氮化鎵載子通道層GaN2形成有二維電洞氣2DHG,且在第一氮化鎵載子通道層GaN1與第一氮化鎵載子通道層AlGaN1之間的異質接面附近的部分的第一氮化鎵載子通道層GaN1形成有二維電子氣2DEG。
在本發明的第一實施例中,當向常閉型元件300的第二閘極電極G2施加0伏以下的電壓且相對於源極電極S向汲極電極D施加正電壓時,位於常閉型元件300之正下方的共同層100之第一氮化鎵載子通道層GaN1與第一氮化鋁鎵載子阻障層AlGaN1之間的異質接面處不具有二維電子氣2DEG而使常閉型元件300處於斷路狀態且進一步地使常開型元件200也處於斷路狀態,導致基於氮化鎵的常閉型半導體裝置10處於斷路狀態。
在本發明的第一實施例中,當向常閉型元件300的第二閘極電極G2施加正電壓且相對於源極電極S向汲極電極D施加正電壓時,位於常閉型元件300之正下方的共同層100之第一氮化鎵層GaN1與第一氮化鋁鎵載子阻障層AlGaN1之間的異質接面處具有二維電子氣2DEG而使常閉型元件300處於導通狀態且常開型元件200也處於導通狀態,導致基於氮化鎵的常閉型半導體裝置10處於導通狀態。
根據上述兩段的說明可知,基於氮化鎵的常閉型半導體裝置10於第二閘極電極G2施加0伏以下的電壓且相對於源極電極S向汲極電極D施加正電壓時,處於斷路狀態;另一方面,基於氮化鎵的常閉型半導體裝置10於第二閘極電極G2施加正電壓且相對於源極電極S向汲極電極D施加正電壓時,處於導通狀態。換言之,基於氮化鎵的常閉型半導體裝置10為常閉型裝置。
圖3a至圖3d係根據本發明的第一實施例之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置10在各個製造階段的結構示意圖。首先,於圖3a,在基板110上依序成長第一氮化鎵層GaN1、第一氮化鋁鎵載子阻障層AlGaN1、未經蝕刻之第二氮化鋁鎵載子阻障層(在圖3a中以符號oAlGaN2表示)、未經蝕刻之第二氮化鎵層(在圖3a中以符號oGaN2表示),接著,對於未經蝕刻之第二氮化鋁鎵載子阻障層oAlGaN2與未經蝕刻之第二氮化鎵層oGaN2,進行選擇性蝕刻,此處的蝕刻方式可透過曝光顯影乾式蝕刻(例如感應耦合電漿(inductively coupled plasma,ICP)蝕刻),但本發明不限於此。
於圖3b,未經蝕刻之第二氮化鋁鎵載子阻障層oAlGaN2與未經蝕刻之第二氮化鎵層oGaN2經過選擇性蝕刻後形成第二氮化鋁鎵載子阻障層AlGaN2與第二氮化鎵層GaN2。
接著,於圖3c,利用二氧化矽、氮化矽或氧化鋁形成作為保護絕緣層90的光罩,並藉由例如有機金屬化學氣相沉積(metal-organic chemical vapor deposition,MOCVD)或分子束磊晶(molecular beam epitaxy,MBE)的方式來二次成長第一P型氮化鎵層p-GaN1與第二P型氮化鎵層p-GaN2。
接著,於圖3d,將圖3c中的絕緣層90去除。
最後,如圖1所示,在第一P型氮化鎵層p-GaN1與第二P型氮化鎵層p-GaN2上分別製作第一閘極電極G1與第二閘極電極G2,以構成基於氮化鎵的常閉型半導體裝置10。應注意的是,上述基於圖3a至圖3d所敘述之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置10的製造流程僅為例示,本發明不限於此。舉例而言,在本發明的其他實施例中,第二氮化鋁鎵載子阻障層AlGaN2與第二氮化鎵層GaN2的形成方式也可利用光罩的方式來空出位置以進行二次成長,再接著利用光罩的方式來空出位置以進行三次成長第一P型氮化鎵層p-GaN1與第二P型氮化鎵層p-GaN2。
圖4係根據本發明的第二實施例之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置20的結構示意圖。基於氮化鎵的常閉型半導體裝置20與基於氮化鎵的常閉型半導體裝置10類似,差別在於,基於氮化鎵的常閉型半導體裝置20的常開型元件201還包含第一氧化鋁層Al
2O
31形成於第一P型氮化鎵層p-GaN1與第一閘極電極G1之間,並且,基於氮化鎵的常閉型半導體裝置20的常閉型元件301還包含第二氧化鋁層Al
2O
32形成於第二P型氮化鎵層p-GaN2與第二閘極電極G2之間。在本發明的第二實施例中,第一氧化鋁層Al
2O
31與第二氧化鋁層Al
2O
32的厚度為10nm,但本發明不限於此。在本發明的第二實施例中,第一氧化鋁層Al
2O
31能夠進一步地減少第一P型氮化鎵層p-GaN1與第一閘極電極G1間的介面的漏電損失且提高導通電壓,第二氧化鋁層Al
2O
32能夠進一步地減少第二P型氮化鎵層p-GaN2與第二閘極電極G2間的介面的漏電損失且提高導通電壓。
以上概述了數個實施例的特徵,因此熟習此技藝者可以更了解本發明的態樣。熟習此技藝者應了解到,其可輕易地把本發明當作基礎來設計或修改其他的製程與結構,藉此實現和在此所介紹的這些實施例相同的目標及/或達到相同的優點。熟習此技藝者也應可明白,這些等效的建構並未脫離本發明的精神與範圍,並且他們可以在不脫離本發明精神與範圍的前提下做各種的改變、替換與變動。
10,20:基於氮化鎵的常閉型半導體裝置
90:絕緣層
100:共同層
110:基板
200,201:常開型元件
300,301:常閉型元件
2DEG:二維電子氣
2DHG:二維電洞氣
Al
2O
31:第一氧化鋁層
Al
2O
32:第二氧化鋁層
AlGaN1:第一氮化鎵載子通道層
AlGaN2:第二氮化鎵載子通道層
D:汲極電極
G1:第一閘極電極
G2:第二閘極電極
GaN1:第一氮化鎵載子通道層
GaN2:第二氮化鎵載子通道層
p-GaN1:第一P型氮化鎵層
p-GaN2:第二P型氮化鎵層
S:源極電極
X:水平方向
Y:垂直方向
從以下結合所附圖式所做的詳細描述,可對本發明之態樣有更佳的了解。需注意的是,根據業界的標準實務,各特徵並未依比例繪示。事實上,為了使討論更為清楚,各特徵的尺寸都可任意地增加或減少。
[圖1]係根據本發明的第一實施例之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置的結構示意圖。
[圖2]係根據本發明的第一實施例之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置的等效電路圖。
[圖3a]至[圖3d]係根據本發明的第一實施例之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置在各個製造階段的結構示意圖。
[圖4]係根據本發明的第二實施例之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置的結構示意圖。
10:基於氮化鎵的常閉型半導體裝置
100:共同層
110:基板
200:常開型元件
300:常閉型元件
2DEG:二維電子氣
2DHG:二維電洞氣
AlGaN1:第一氮化鎵載子通道層
AlGaN2:第二氮化鎵載子通道層
D:汲極電極
G1:第一閘極電極
G2:第二閘極電極
GaN1:第一氮化鎵載子通道層
GaN2:第二氮化鎵載子通道層
p-GaN1:第一P型氮化鎵層
p-GaN2:第二P型氮化鎵層
S:源極電極
X:水平方向
Y:垂直方向
Claims (10)
- 一種基於氮化鎵的常閉型半導體裝置,包括: 一共同層,包括:一基板、設置在該基板上的一第一氮化鎵載子通道層以及設置在該第一氮化鎵載子通道層上的一第一氮化鋁鎵載子阻障層; 一常開型元件,設置在該共同層上且包括:一第二氮化鋁鎵載子阻障層、設置在該第二氮化鋁鎵載子阻障層上的一第二氮化鎵載子通道層、設置在該第二氮化鎵載子通道層上的一第一P型氮化鎵層以及與該第一P型氮化鎵層電性接觸的一第一閘極電極; 一常閉型元件,設置在該共同層上且包括:一第二P型氮化鎵層以及與該第二P型氮化鎵層電性接觸的一第二閘極電極; 一源極電極,設置在該共同層上且與該共同層電性接觸,其中該常開型元件的該第一閘極電極電性連接於該源極電極;及 一汲極電極,設置在該共同層上且與該共同層電性接觸; 其中該常開型元件與該常閉型元件係沿著一水平方向分離設置於該共同層上;及 其中該源極電極與該汲極電極係沿著該水平方向隔著該常開型元件與該常閉型元件設置於該共同層上。
- 如請求項1所述之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置,其中當基於氮化鎵的該常閉型半導體裝置未被施加電壓時,在該第一氮化鎵載子通道層與該第一氮化鋁鎵載子阻障層之間的異質接面處形成有二維電子氣,且在該第二氮化鎵載子通道層與該第二氮化鋁鎵載子阻障層之間的異質接面處形成有二維電洞氣。
- 如請求項1所述之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置, 其中當向該常閉型元件的該第二閘極電極施加0伏以下的電壓且相對於該源極電極向該汲極電極施加正電壓時,位於該常閉型元件之正下方的該共同層之該第一氮化鎵載子通道層與該第一氮化鋁鎵載子阻障層之間的異質接面處不具有二維電子氣而使該常閉型元件處於斷路狀態且進一步地使該常開型元件也處於斷路狀態,導致基於氮化鎵的該常閉型半導體裝置處於斷路狀態; 其中當向該常閉型元件的該第二閘極電極施加正電壓且相對於該源極電極向該汲極電極施加正電壓時,位於該常閉型元件之正下方的該共同層之該第一氮化鎵層與該第一氮化鋁鎵載子阻障層之間的異質接面處具有二維電子氣而使該常閉型元件處於導通狀態且該常開型元件也處於導通狀態,導致基於氮化鎵的該常閉型半導體裝置處於導通狀態。
- 如請求項1所述之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置,其中該第一氮化鋁鎵載子阻障層(Al x1Ga 1-x1N)的鋁含量x1低於該第二氮化鋁鎵載子阻障層(Al x2Ga 1-x2N)的鋁含量x2。
- 如請求項4所述之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置,其中該第一氮化鋁鎵載子阻障層(Al x1Ga 1-x1N)的鋁含量x1介於0.10至0.22之間,其中該第二氮化鋁鎵載子阻障層(Al x2Ga 1-x2N)的鋁含量x2介於0.18至0.35之間。
- 如請求項1所述之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置, 其中該第一P型氮化鎵層與該第二P型氮化鎵層係為鎂摻雜之P型氮化鎵層; 其中該第一P型氮化鎵層之鎂摻雜濃度相同於該第二P型氮化鎵層之鎂摻雜濃度。
- 如請求項1所述之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置, 其中該第一P型氮化鎵層與該第二P型氮化鎵層係為鎂摻雜之P型氮化鎵層; 其中該第一P型氮化鎵層之鎂摻雜濃度不同於該第二P型氮化鎵層之鎂摻雜濃度。
- 如請求項1所述之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置,其中該基板為藍寶石基板、矽基板、矽與氮化鋁的複合基板、或者是矽與氧化矽的複合基板。
- 如請求項1所述之基於氮化鎵的常閉型半導體裝置,其中該共同層的該基板與該第一氮化鎵載子通道層之間更夾設有一基礎層,其中該基礎層包含一碳摻雜氮化鎵層與成長於該基板上的一成核層,其中該成核層為一氮化鎵層、一氮化鋁鎵層或者是一氮化鋁層。
- 一種基於氮化鎵的常閉型半導體裝置,包括: 一共同層,包括:一基板、設置在該基板上的一第一氮化鎵載子通道層以及設置在該第一氮化鎵載子通道層上的一第一氮化鋁鎵載子阻障層; 一常開型元件,設置在該共同層上且包括:一第二氮化鋁鎵載子阻障層、設置在該第二氮化鋁鎵載子阻障層上的一第二氮化鎵載子通道層、設置在該第二氮化鎵載子通道層上的一第一P型氮化鎵層、設置在該第一P型氮化鎵層上的一第一氧化鋁層以及與該第一氧化鋁層電性接觸的一第一閘極電極; 一常閉型元件,設置在該共同層上且包括:一第二P型氮化鎵層、設置在該第二P型氮化鎵層上的一第二氧化鋁層以及與該第二氧化鋁層電性接觸的一第二閘極電極; 一源極電極,設置在該共同層上且與該共同層電性接觸,其中該常開型元件的該第一閘極電極電性連接於該源極電極;及 一汲極電極,設置在該共同層上且與該共同層電性接觸; 其中該常開型元件與該常閉型元件係沿著一水平方向分離設置於該共同層上;及 其中該源極電極與該汲極電極係沿著該水平方向隔著該常開型元件與該常閉型元件區設置於該共同層上。
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