TWI295085B - Field effect transistor with enhanced insulator structure - Google Patents

Field effect transistor with enhanced insulator structure Download PDF

Info

Publication number
TWI295085B
TWI295085B TW093137383A TW93137383A TWI295085B TW I295085 B TWI295085 B TW I295085B TW 093137383 A TW093137383 A TW 093137383A TW 93137383 A TW93137383 A TW 93137383A TW I295085 B TWI295085 B TW I295085B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
nitride
iii
nitride material
band gap
Prior art date
Application number
TW093137383A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200524086A (en
Inventor
Robert Beach
Original Assignee
Int Rectifier Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Int Rectifier Corp filed Critical Int Rectifier Corp
Publication of TW200524086A publication Critical patent/TW200524086A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI295085B publication Critical patent/TWI295085B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7786—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
    • H01L29/7787—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT with wide bandgap charge-carrier supplying layer, e.g. direct single heterostructure MODFET
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003—Nitride compounds

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

1295085 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 相互參照至相關的申請案 本申明木以2003年12月5日所申請的美國臨時專利申 5請案號6〇/527,631(其發表名稱為‘‘具有增強絕緣體結構之 InAlGaNFET )為基礎，^主張由此中請案所主張之優先權 的利益。 發明領域 本發明廣泛關於-種以Dl·氮化物材料為基礎之場效 1〇電晶體，更特別的是，係關於一種使用自發性極化場的場 效電晶體，以提供增強的導電度同時提供經改良在閘極結 構下的電絕緣體。 發明背景 15 已廣泛針對高功率高頻率應用（諸如手機基地台之發 射器）而發展出以III-氣化物材料為主的裝置。已經製造而可 用於這些應用型式的裝置一般以具有高電子游動率的裝置 結構為主，其可不同地指為異質結場效電晶體(HFET)、高 電子游動率電晶體（HEMT)或經調節摻雜的場效電晶體 20 (M0DFET)。這些裝置型式典型能夠抵擋高電壓（諸如在1〇〇 伏特的範圍），同時可在高頻率（典型在範圍2_i〇〇GHz)下操 作。這些型式的裝置可經修改而用於一些應用型式，但是 其典型會透過使用壓電極化場來操作而產生二維電子氣 (2DEG)，而允許以非常低的電阻損耗來傳輸非常高的電流 1295085 密度。在這些習知的III-氮化物HFET中，會於AlGaN與GaN 材料之界面處形成2DEG。但是，這些裝置型式的缺點為於 該經變形的AlGaN/GaN系統中可獲得有限的厚度。這些材 料型式的晶格結構差異會產生變形，而在製造該些不同層 5 時於所生長之薄膜中造成差排。此例如會產生高程度的漏 電流流過該阻障層。加入絕緣體層可減低流過阻障的漏電 流，可使用於此目的之典型的層有氧化矽、氮化矽、藍寶 石或其它絕緣體，其配置在AlGaN與金屬閘極層間。此型 式的裝置經常指為MISHFET，其具有一些超過習知不具有 10 絕緣體層的裝置之優點。但是，此設計型式有一些缺點。 首先，在AlGaN層與該絕緣體間之額外界面會造成界面陷 拼狀態產生，而減慢該裝置的反應。其次，該氧化物的額 外厚度加上在二層間的額外界面會造成需要使用較大的閘 極驅動電壓來開關此裝置。 15 使用氮化物材料來獲得標稱關閉裝置之習知裝置設計 則依靠此額外的絕緣體作為限制層，及減低或消除頂端 AlGaN層。但是，這些裝置會因在GaN/絕緣體界面處的散 射而典型具有較低的電流攜帶容量。 此外，想要製造一具有低漏電流特徵的HFET開關裝 20 置，其具有較少的界面及層且仍然可產生具有低電阻損耗 之高電流密度。目前，已使用GaN及InAlGaN合金透過一些 技術（包括MOCVD(金屬有機化學氣相沉積）和分子束磊晶 (MBE)及氫化物氣相磊晶（HVPE))來製造平面裝置。 在氮化鎵材料系統中的材料可包括氮化鎵(GaN)及其 1295085 合金，諸如氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦鎵(inGaN)及氮化銦 鋁鎵(InAlGaN)。這些材料為一具有相當寬的直接能帶隙且 准5午發生向能ΐ電子轉換之半導體化合物。已在一些不同 基材（包括碳化矽（SiC)、藍寶石及矽）上形成該氮化鎵材 5 料。石夕基材容易獲得且相對不貴，且石夕加工技術已經良好 地發展。但是，在矽基材上形成氮化鎵材料來產生一半導 體裝置則存在一些挑戰，此乃由於晶格常數、熱膨脹及於 石夕與氮化鎵間之能帶隙差異所引起。在氮化鎵材料與基材 間之性質差異會導致難以生長出合適於許多應用的層。例 10 如，GaN之熱膨脹係數（即，熱膨脹速率）與許多基材材料（包 括藍寶石、SiC及矽）不同。熱膨脹差異會導致例如當在製 程期間冷卻此結構時，沉積在此些基材上之GaN層會石皮 裂。GaN之晶格結構亦與大部分的基材材料不同。晶格常 數差異會導致沉積在基材上之氮化鎵材料層形成缺陷。此 15 缺陷會損害使用氮化鎵材料層所形成的裝置之性能。 伴隨在GaN與習知基材材料間之晶格失配的問題亦成 行在包括GaN及GaN合金之材料層結構中。例如，GaN及 AlGaN材料之晶格結構差異明顯，而足以在層間產生界面 變形。此變形會促成壓電極化而依次在界面處產生高電子 20電荷程度，並產生高電流攜帶容量。在許多先前裝置中， 由壓電極化所產生的場可透過增加變形來最大化，以改I 該裝置的特徵。但是，藉由增加在AlGaN/GaN層結構中的 鋁含量來增加變形會造成一些損傷效應（其與上述所提及 在不同基材上生長GaN時相關之變形及晶格失配相同），此 1295085 包括會產生缺陷及破裂。例如，在習知的m_氮化物hfet 中使用高變形AlGaN/GaN材料（以便產生具有低電阻損耗 之高電流密度）的主要缺點為，在建構該變形AlGaN/GaN系 統時可獲得有限的厚度。此變形會在薄膜生長期間造成差 5 排產生及造成高程度的漏電流流經該阻障層。同時，額外 的絕緣體層會建構出較厚的變形AlGaN/GaN系統，且由此 額外絕緣體所產生之限制層會產生較高的臨限電壓及開關 損耗（由於需要較高的電壓來關閉裝置）。 因此，想要製造一具有較大的電流攜帶容量之III-氮化 10 物材料場效應裝置，同時其可操作而抵擋高電壓及減低或 貫際上消除閘極漏電流。 【明内 發明概要 根據本發明，已提供一種裝置及用來操作此特別裝置 15的方法，其中該裝置可減少或消除在III-氮化物材料系統中 由變形所產生的場且併入自發性極化場。對標稱關閉裝置 來說’該裝置由氮化鎵材料層所組成(諸如在GaN上生長的 InAlGaN)’如此該inAlGaN的面内晶格常數實質上與該裝置 相同或比GaN更大。此技術利用相當未被使用的氮化鎵材 20料特徵（包括自發性極化場），而先前裝置則集中在發展壓電 極化場以獲得高密度2DEG。 根據本發明之裝置可由二層主要層來操作。第一層為 一由ΠΙ-氮化物材料所組成的基礎層，其具有晶格常數八及 能帶隙Eb，其典型為GaN。在該第一層頂端上之第二層為 1295085 另一種III-氮化物材料的組成物，其具有晶格常數B及能帶 隙Et，其典型為InAlGaN。該裝置及材料組成物的一個定義 特徵為Et大於Eb及B大於或等於a。因此，藉由安排此層特 徵，該標稱開啟或標稱關閉裝置可提供高電流攜帶容量及 5 低開啟電阻。 可在此二層活性區域上或下有利地生長一覆蓋及接觸 層0 根據本發明之裝置可獲得自發性極化場，以在 GaN/In AlGaN界面處產生及控制高密度2DEG。可藉由變化 10 In與A1之合金百分比來達成2DEG之密度控制。自發及壓電 場的相互作用導致此設計的獨特屬性。特別是，可調整自 發性極化及壓電極化使其彼此消除而導致在界面處累積零 電荷。此可產生一標稱關閉HFET裝置。 使用氮化物材料來獲得標稱關閉裝置的習知裝置設計 I5 則依賴一額外的絕緣體作為限制層。但是，這些裝置會因 在GaN/、％緣體界面處的散射而典型具有較低的電流攜帶容 量。本發明則利用一好的GaN絕緣體界面來改善電流攜帶 容量，且於此所描述的異質界面之磊晶本質可導致當在 2DEG中的電子累積時，其游動率大小高一個級數。
20 根據本發明的一個具體實施例，在二層InAlGaN/GaN 材料上定出一具有閘極、源極及汲極區域的FET裝置輪廓， 以製造一III-氮化物HFET裝置。可根據熟知的方法來形成 該源極及汲極區域，包括離子植入、餘刻以移除在源極及 汲極區域上的阻障區域及應用一低電阻歐姆接觸形成製 l295〇85 1 程。 所產生的裝置之特色有接近零界面密度的狀態、控制 垓阻障層的變形狀態及造成無因鬆弛所產生的缺陷。該裝 置之特徵亦有在閘極接觸中的低漏電流及來自該阻障層之 5鬲分解場。結果，可提供比習知絕緣體（諸如Si〇2及SiN)大 的介電常數。該裝置亦對所產生的2DEG密度提供一定程度 的控制，且可增加薄片電荷最高至2_4倍的因子。此外，該 裝置能對2DEG密度提供一定的控制，以製造一標稱關閉裝 置。該阻障區域較大的能帶隙可對在2de〇中的電子造成較 1〇大的限制阻障。較大的能帶隙可減低電子的散射截面及增 加其游動率。2DEG欲度（其與晶格相配的inAiGaN阻障層之 層厚度有關）可經大大改善而超過習知裝置。 可獲得大的能帶隙而沒有應變鬆弛，因此可造成較好 的電子限制且那些電子有較高的游動率。此外，大的能帶 15隙可由於使用來與GaN材料連接之金屬其大的蕭特基阻障 咼度而讓較低的漏電流流經閘極。GaN材料的高臨界場可 讓薄層能抵擋大電壓而沒有介體破壞。GaN材料的介電常 數大約10，其比Si〇2好2.5倍的因子。 將從下列的發明說明且參照伴隨的圖形來明瞭本發明 2〇 的其它特徵及優點。 圖式簡單說明 第1圖為根據本發明之裝置圖。 第2圖為與In材料含量有關之能帶隙及臨界場的曲線 l295〇85 第3圖為與InAlGaN層厚度有關之2DEG密度的曲線圖。 C實施方式J 較佳實施例之詳細說明 在建構GaN材料裝置時，有一些因素會影響該裝置的 5機能性及容量。在GaN、A1N與InN間的大晶格失配及在這 些材料中的強壓電及極化效應會明顯影響〗^-氮化物異質 結裝置的電性質。至今，幾乎全部所報導之以GaN為基礎 的HEMT皆使用經變形的GaN_A1GaN連接（其具有一經設計 可最大化在AlGaN層中之變形的合金組成物），然而其同時 10嘗試避免差排（其會在裝置中反應出長時間不穩定性）。已建 議多種用來建造異質結裝置的裝置及系統，以控制
GaN-AlGaN連接之晶格失配及變形。這些裝置經特別設 計，以利用壓電及自發性極化效應及最小化長時間不穩定 性。 15 HFET典型具有三個終端（包括閘極、汲極及源極終端) 以控制電能流動。施加至閘極終端的電壓可控制從汲極終 端經由導電通道流至源極終端的電流。該導電通道可由在 二種不同半導體材料間之至少一個異質界面來定出輪廓。 當AlGaN/GaN材料組成該HFET的半導體材料且使用 20 "GaN作為阻障層時，可顯現出從A1GaN之自發性極化性質 所產生的極化電荷，和變形所引發的特徵(熟知為壓電極化 場）。控制這些場在HFET架構中之形成可導致不同特徵， 其可使知以GaN為基礎的HFET合適於廣泛多種應用，此端 視該裝置之特徵為何而定。 11 1295085 以GaN材料形成的HFET典型包括以⑽阻障層，其配 置在該通道層上以在該通道中引發一高濃度電子:因此增 強該通道的導電性質。但是，酉己置在該通道頂端上之滿抓 阻障物會造成難以與該通道形成歐姆接觸。此外，配置在 5該通道_上的A1G竭其經極化的本質會造成表面電荷 形成，此會相反地影響刪T之操作。再者，在該通道層頂 端上以AlGaN層所形成之HFET具有捕捉效應，其中電子會 從該通道漂移至AlGaN層而被捕捉。 解決上述缺點的方法之一為在一以GaN為基礎的 10 HFET中提供一配置在一緩衝層與一通道層間之阻障層。與 該阻障層有關之極化電荷會產生一位能阻障，而防止電子 從忒通道流出及進入該緩衝層。但是，此以A1GaN/GaN界 面來貫現的解決方案會例如產生與上述討論之和高電流容 量的AlGaN/GaN材料有關的相同困難。 15 亦已熟知在HEMT裝置的通道層中使用InGaN合金，以 准許在AlGaN層中使用較低濃度的Ai來獲得程度相等於 AlGaN/GaN異體結構之變形及壓電特徵。InGaN可提供一大 的a-晶格常數(相對於GaN)，及可使用低A1及In含量層來產 生AlGaN/InGaN異質結構，其具有可與AlGaN/GaN比較的 20變形。高密度2DEG可以該能造成壓電極化的界面之變形特 徵為基礎而產生，可使用壓電極化場來形成及控制2DEG。 2DEG的密度可藉由變化A1的合金百分比而控制。此外，可 提供含有減少A1含量的AlGaN層之AlGaN/InGaN異質結構 而沒有明顯減低通道層的壓電性質。但是，如上述所提及， 12 1295085 變物材料系統的性f會防止實現具有好的絕緣 體品質之而電流攜帶裝置。 _本發明的裝置可產生—能反轉或消除由變形所產 生的場（其如上料論_顯附技蚊研究及控制焦 點)。本發明之裝置亦併人存在於m•氮化物材料中有用的自 發性極化場特徵。藉由控制這些場，根據本發明之裝置能 10 15 體貝這一口 |可藉由控制在氮化物材料系統中形成 界面的材料其面内晶袼常數而獲得，以製造出一能標稱開 啟或標稱關閉的裝置。在_個具體實施例中，提供一⑽ 層或基材作為基礎，在其上方生長―對二種材料之面内晶 格常數有特別關係的In规办層。如此，例如對該材料界面 來說，該標稱開啟HFET具有―面内晶格f數，其在in规抓 層中貫質上與在GaN層中相同。對標稱關閉裝置來說，該
InAlGaN的面内晶格常數比GaN材料的大。 此方法偏離了習知使用A1GaN/GaN材料系統的hfet 设计方法，其中AlGaN的面内晶格常數會在靠近發生鬆弛 點處製成儘可能地小。 根據本發明，形成一基礎層，其由一具有晶格常數A 20及肖隙1£13的111_氮化物材料所組成，其典型與GaN有關。 在该第一層上形成第二層，其由一具有晶格常數B及能帶隙 Et之III-氮化物材料所組成，諸如一典型的InA1GaN合金。 可控制此二層之形成’以便所產生的界面可依想要的裝置 夢數而具有特定的特徵。例如，能帶隙设可製成大於能帶 13 1295085 隙Eb，及晶格常數B可製成大於或等於晶格常數a。根據這 些關係所提供的裝置可控制在材料中所產生的自發性極 化，以產生能在GaN/InAlGaN界面處產生及控制2DECJ的自 發性極化場。變化化與八丨的合金百分比能控制2DEG的密 5度。可調整自發及壓電極化場使其彼此消除，而導致在界 面處有零電荷累積，而產生一標稱關閉HFET裝置。 芩照至第1圖，半導體結構1〇闡明使用根據本發明之 InAlGaN/GaN界面。半導體結構1〇併入一含有源極12及汲 極14的四級阻障物設計。閘極16可控制在源極與汲極 10間之高游動率2DEG的形纽密度，⑽許或防止傳輸。源 極12、；及極14及閘極16可根據熟知的m_氮化方法 來定輪廓及金屬化。構成方法除了餘刻以移除在源極12及 汲極14上之阻障區域外，可包括離子植入雜質以形成源極 12及汲極14。可應用至本發明的其它方法包括形成用於源 15 極12及汲極14之低電阻歐姆接觸18的製程。 藉由在InAlGaN層11與GaN層15間提供一相配的面内 晶格常數，半導體結構1〇可獲得一接近零界面密度的狀 態。HFET層結構的特徵准許控制阻障層的變形狀態，其能 減低或消除由鬆弛所產生的缺陷並可在閘極接觸中提供低 20漏電流。根據半導體結構10所製造的HFET具有一產生自阻 障層的高分解場，及可獲得該大介電常數而作為一超過傳 統絕緣體材料的改良。透過控制2DEG的密度，半導體結構 10可在薄片電荷中提供-比習知裝置增加2_4倍的因子。關 於根據半導體結構10所安排的標稱關閉裝置，控制2DEG的 14 1295085 密度可准許大的財壓能力。半導體結構1〇的阻障區域具有 大的能帶隙，其對在2DEG中的電子可產生一大的限制阻 障。此現象可減少電子的散射截面及增加其游動率，而導 致較南的電流密度及減低開啟電阻。 5 可變化在半導體結構10中的層11之厚度，以便該層n 例如在源極12或汲極14下之厚度與在閘極16下的不同。層 11的不同厚度可促成漏電流減低及幫助形成好的歐姆接觸 18。 麥知、至第2圖’ 體結構1(^In含量有關的能量帶及 10臨界場值則圖解闡明在曲線圖20中。所繪製的能帶隙可反 映出InAlGaN阻障層及GaN層之晶格相配阻障層化學計 量。可獲得所闡明之大能帶隙而沒有應變鬆弛，而造成電 子有較好的限制且該經限制的電子有較高的游動率。此 外，該大能帶隙准許較低的漏電流通過該閘極，此由於該 15金屬在InA1GaN上的大蕭特基阻障高度。曲線圖20亦闡明該 InAlGaN材料之高臨界場，其可讓薄材料層能避開大電壓而 沒有介體破壞。InAlGaN提供一大約1〇的介電常數，其比氧 化矽好2.5倍因子。 現在參照至苐3圖，透過根據本發明之結構所獲得的 20 2DEG之密度計算則闡明在曲線圖3〇中。曲線圖3〇闡明所計 算的2DEG密度對與InAlGaN阻障層相稱之晶格的層厚度。 所闡明的圖顯示出一明顯超過習知AiGaN裝置的改良。例 如，10%厚度2〇〇人的合金之2DEG密度大約1.5xl〇13E/平方 公分，同時預先製造的A1GaN裝置可獲得至多1χ1〇ΐ3Ε/平方 15 1295085 公分之密度。 雖然本發明已描述其相關的特別具體實施例，但將由 熟知技藝之人士明瞭許多其它變化、改質及其它用途。因 此，本發明較佳不由本文的特定公告所限制，而是僅由所 5 附加的申請專利範圍來規範。 I：圖式簡單說明3 第1圖為根據本發明之裝置圖。 第2圖為與In材料含量有關之能帶隙及臨界場的曲線 圖。 10 第3圖為與InAlGaN層厚度有關之2DEG密度的曲線圖。 【主要元件符號說明】 16.. .閘極 18.. .歐姆接觸 20.. .曲線圖 30.. .曲線圖 10.. .半導體結構 11···層 12.. .源極 14…汲極 15.. .GaN 層 16

Claims (1)

  1. ]激&085383號專利申請案申請專利範圍修正本 修正日期：96年9
    、申請專利範圍： 辦 1. 一種III-氮化物裝置，其包含： -第-層，其由-具有-第一組成物的第_ 化物材料組成； 5 —第二層，其由-具有—第二組成物之第二m•氮 化物材料組成，該第二組成物不同於該第__組成物，該 第二層配置成與該第一層接觸； Λ 一由該第一及該第二層所形成之界面，其可提供一 用來攜帶電流的二維電子氣；及
    10 該第一及第二層係被形成以使得在該第_及第二 層的界面平面中之晶格常數大約相同。 2·如申請專利範圍第丨項之裝置，其中該第一或第二卬_氮 化物材料中之一者為GaN。 3. 如申請專利第2項之裝置，其中該第一或第二此氮 15 化物材料中之另一者為InAlGaN。 見 4. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該⑽材料具有_
    能帶隙，該能帶隙比該第一或第二出_氮化物材料中之 另一者為小。 5. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中該㈣⑽材料且有 一能帶隙，該能帶隙大於GaN材料的能帶隙。 6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其_該第—m_氮化物材 料及該第二III-氮化物材料具有不同的能帶隙。 7· —種III·氮化物裝置，其包含·· -第-層’其由-具有_第_組成物、一能帶隙及 17 Ϊ295085 一面内晶袼常數的第一III-氮化物材料組成； 一第二層，其由一具有一第二組成物、另一能帶隙 及另一面内晶格常數的第二III-氮化物材料組成，該第 二組成物不同於該第一組成物，該第二層配置成與該第 一層接觸；及 一由该弟一及弟二層所形成的界面，其可提供一用 來攜帶電流的二維電子氣； 其中該第-層之面内晶格常數係等於或大於該第 10 f層之另—面内晶格常數，域第-層之能帶隙係大於 該第二層之能帶隙。 8· —種場效電晶體，其包含： 源極、—閘極及—城電極，其中可由該間極來 控制一在該源極與汲極電極間之通道； 該通道由一二維電子裔游Λ、& 15 乳$成’該二維電子氣可在且 有：祕的二祕氮化物材料之界面二 ΠΙ-氬化物材料中之— -P，A. , y 者^有一晶袼常數Λ及一能 4、Α’且細德化物材料中之[者 Β及一能帶隙Β : ，、有日日才口节數 且能帶 其中晶格常數_料或大於晶 隙Β係大於能帶隙Α。 吊数A 電晶體’其巾料有㉟格常數B 9·如申請專利範圍第8項之 的III-氮化物材料在間極下之 下不同。 子又/、在源極或沒極電極 10·如申請專利範圍第9項 電曰曰體，其中該具有晶格常數B 20 1295085 之III-氮化物材料可形成__良好的歐姆接觸。 u.如中請專利範圍第8項之電晶體，其中該具有晶格常η · 之III-氮化物材料為GaN，及__氮化物材料中之另— 者為 InAlGaN。 - 5 12•如巾請專利範圍第8項之電晶體，其中在常數八與常細 - 間之關係勒於能在#近界面處平衡自純滅料 壓電極化場’藉此該界面具有零電荷累積。 ' 丨3.如申請專利範圍第8項之電晶體，其中常數績常數B間 的關係係提供來控制自發性極化場及壓電極化場之產 〇 生。 擎 14·如申請專利範圍第13項之電晶體，其中該具有能帶隙值 大於另一種III-氮化物材料之m_氮化物材料為 InAlGaN。 15 15·-種^來建構_m_氮化物裳置的方法，其包括： 提仏具有一面内晶袼常數A的第一 III-氮化物材 料層； 以一具有一面内晶格常數b的第二m-氮化物材料 層來覆蓋該第一III-氮化物材料；及 20 調正°亥第一或第二ΠΙ-氮化物材料之組成物，以在 常數Α與常數Β間產生-讓Β大於或等於Α之關係。 申請糊範圍第15項之方法，更包括提供⑽作為該 弟一或弟一in·氮化物材料中之一者。 17·如申，月專利範圍第16項之方法，更包括提供ΐηΑΐ(^Ν作 19 1295085 為β亥第或第一IH-氮化物材料中之另—者。 18.如申明專利範圍第15項之方法，更包括獲得一該氮 化物材料中之一者的能帶隙值，使該能帶隙值大於該 III-氮化物材料中的另一者的能帶隙值。 5 19.種用來製造一以耶氮化物為基礎的場效電晶體之方 法，其包括： 在二種III·氮化物材料間之界面處平衡壓電及自發 性極化場； 提供该等ιη_氮化物材料中之一者的面内晶袼常 10 數，使其大於或等於該III-氮化物材料中之另一者的面 内晶格常數；及 提供一電場以准許或防止在界面處形成二維電子 氣。 20·—種III-氮化物裝置，其包含： 15 一第一層，其由一具有一第一組成物之第一III-氮 化物材料組成； 一第二層，其由一具有一第二組成物之第二ΠΙ•氮 化物材料組成，該第二組成物與該第一組成物不同，該 第二層配置成與該第一層接觸； 2〇 精此在該第一與弟二層間之界面可讓該自發及壓 電極化實質上彼此消除，藉此在該界面處實質上無淨電 荷。 21·如申請專利範圍第20項之裝置，其中該第一或第二ΠΙ_ 氮化物材料中之一者的能帶隙大於另一者的能帶隙。 20 1295085 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（1 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 10.. .半導體結構 11···層 12.. .源極 14…汲極 15…GaN層 16…閘極 18.. .歐姆接觸 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：
TW093137383A 2003-12-05 2004-12-03 Field effect transistor with enhanced insulator structure TWI295085B (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US52763103P 2003-12-05 2003-12-05
US11/004,187 US7279697B2 (en) 2003-12-05 2004-12-03 Field effect transistor with enhanced insulator structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200524086A TW200524086A (en) 2005-07-16
TWI295085B true TWI295085B (en) 2008-03-21

Family

ID=34635840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW093137383A TWI295085B (en) 2003-12-05 2004-12-03 Field effect transistor with enhanced insulator structure

Country Status (5)

Country Link
US (3) US7279697B2 (zh)
JP (1) JP2007537580A (zh)
CN (1) CN101300669B (zh)
TW (1) TWI295085B (zh)
WO (1) WO2005057623A2 (zh)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4745652B2 (ja) * 2004-11-30 2011-08-10 シャープ株式会社 半導体装置
US7592213B2 (en) * 2005-12-29 2009-09-22 Intel Corporation Tensile strained NMOS transistor using group III-N source/drain regions
US7816985B2 (en) * 2007-11-15 2010-10-19 Intersil Americas Inc. Switching amplifiers
WO2010118101A1 (en) * 2009-04-08 2010-10-14 Efficient Power Conversion Corporation Dopant diffusion modulation in gan buffer layers
DE102009018054B4 (de) 2009-04-21 2018-11-29 Infineon Technologies Austria Ag Lateraler HEMT und Verfahren zur Herstellung eines lateralen HEMT
US8253145B2 (en) * 2009-04-29 2012-08-28 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Semiconductor device having strong excitonic binding
US20100276730A1 (en) * 2009-04-29 2010-11-04 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Semiconductor device
US20100270591A1 (en) * 2009-04-27 2010-10-28 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation High-electron mobility transistor
JP5562579B2 (ja) * 2009-05-12 2014-07-30 日本碍子株式会社 半導体素子用エピタキシャル基板の作製方法
DE102009041548A1 (de) 2009-09-15 2011-03-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Halbleiterstruktur
KR20110032845A (ko) * 2009-09-24 2011-03-30 삼성전자주식회사 전력 전자소자 및 그 제조방법
US7999287B2 (en) 2009-10-26 2011-08-16 Infineon Technologies Austria Ag Lateral HEMT and method for the production of a lateral HEMT
US8802516B2 (en) * 2010-01-27 2014-08-12 National Semiconductor Corporation Normally-off gallium nitride-based semiconductor devices
KR101720589B1 (ko) * 2010-10-11 2017-03-30 삼성전자주식회사 이 모드(Ｅ-ｍｏｄｅ) 고 전자 이동도 트랜지스터 및 그 제조방법
WO2013155396A1 (en) * 2012-04-12 2013-10-17 The Regents Of The University Of California Method for heteroepitaxial growth of high channel conductivity and high breakdown voltage nitrogen polar high electron mobility transistors
TWI500157B (zh) * 2012-08-09 2015-09-11 Univ Nat Central 場效電晶體裝置及其製造方法
CN104820768B (zh) * 2014-12-03 2017-10-24 嘉兴学院 一种基于最小二乘法的肖特基势垒高度计算方法
CN105140110B (zh) * 2015-07-07 2017-10-24 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种高可靠AlGaN/GaN异质结构设计方法
US9917156B1 (en) * 2016-09-02 2018-03-13 IQE, plc Nucleation layer for growth of III-nitride structures
US10763350B2 (en) 2016-09-30 2020-09-01 Intel Corporation Transistor connected diodes and connected III-N devices and their methods of fabrication
JP6840644B2 (ja) * 2017-09-05 2021-03-10 株式会社東芝 半導体装置
KR102154638B1 (ko) * 2018-11-27 2020-09-11 브이메모리 주식회사 변동 저저항 라인 비휘발성 메모리 소자 및 이의 동작 방법
CN109659366A (zh) * 2018-12-21 2019-04-19 英诺赛科（珠海）科技有限公司 高电子迁移率晶体管及其制造方法

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5192987A (en) * 1991-05-17 1993-03-09 Apa Optics, Inc. High electron mobility transistor with GaN/Alx Ga1-x N heterojunctions
JPH081955B2 (ja) 1991-08-21 1996-01-10 ヒューズ・エアクラフト・カンパニー 反転変調ドープされたヘテロ構造の製造方法
US5332808A (en) * 1992-09-08 1994-07-26 North Carolina State University DNA encoding a ribosome inactivating protein
US5359220A (en) * 1992-12-22 1994-10-25 Hughes Aircraft Company Hybrid bipolar/field-effect power transistor in group III-V material system
US5856217A (en) * 1997-04-10 1999-01-05 Hughes Electronics Corporation Modulation-doped field-effect transistors and fabrication processes
US6316793B1 (en) 1998-06-12 2001-11-13 Cree, Inc. Nitride based transistors on semi-insulating silicon carbide substrates
JP3209270B2 (ja) * 1999-01-29 2001-09-17 日本電気株式会社 ヘテロ接合電界効果トランジスタ
US6903364B1 (en) * 1999-03-26 2005-06-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor structures using a group III-nitride material system with reduced phase separation and method of fabrication
JP2000332237A (ja) * 1999-05-17 2000-11-30 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の製造方法
TW474024B (en) 1999-08-16 2002-01-21 Cornell Res Foundation Inc Passivation of GaN based FETs
JP3393602B2 (ja) * 2000-01-13 2003-04-07 松下電器産業株式会社 半導体装置
TW523927B (en) 2000-02-04 2003-03-11 Cree Lighting Companiy Group III nitride based fets and hemts with reduced trapping and method for producing the same
US6586781B2 (en) * 2000-02-04 2003-07-01 Cree Lighting Company Group III nitride based FETs and HEMTs with reduced trapping and method for producing the same
JP4186032B2 (ja) * 2000-06-29 2008-11-26 日本電気株式会社 半導体装置
US6452221B1 (en) * 2000-09-21 2002-09-17 Trw Inc. Enhancement mode device
US6764888B2 (en) * 2000-09-27 2004-07-20 Sensor Electronic Technology, Inc. Method of producing nitride-based heterostructure devices
US6690042B2 (en) * 2000-09-27 2004-02-10 Sensor Electronic Technology, Inc. Metal oxide semiconductor heterostructure field effect transistor
JP4220683B2 (ja) * 2001-03-27 2009-02-04 パナソニック株式会社 半導体装置
US6849882B2 (en) * 2001-05-11 2005-02-01 Cree Inc. Group-III nitride based high electron mobility transistor (HEMT) with barrier/spacer layer
EP2267784B1 (en) * 2001-07-24 2020-04-29 Cree, Inc. INSULATING GATE AlGaN/GaN HEMT
KR100450740B1 (ko) 2001-10-26 2004-10-01 학교법인 포항공과대학교 헤테로접합형 전계효과 트랜지스터 소자의 제조방법
US7030428B2 (en) * 2001-12-03 2006-04-18 Cree, Inc. Strain balanced nitride heterojunction transistors
JP3569807B2 (ja) * 2002-01-21 2004-09-29 松下電器産業株式会社 窒化物半導体素子の製造方法
US6852615B2 (en) * 2002-06-10 2005-02-08 Hrl Laboratories, Llc Ohmic contacts for high electron mobility transistors and a method of making the same
US6830945B2 (en) * 2002-09-16 2004-12-14 Hrl Laboratories, Llc Method for fabricating a non-planar nitride-based heterostructure field effect transistor
US7112830B2 (en) * 2002-11-25 2006-09-26 Apa Enterprises, Inc. Super lattice modification of overlying transistor
WO2004107406A2 (en) * 2003-05-23 2004-12-09 Board Of Regents, The University Of Texas System Semiconductor electronic devices and methods
US7501669B2 (en) * 2003-09-09 2009-03-10 Cree, Inc. Wide bandgap transistor devices with field plates
US7052942B1 (en) * 2003-09-19 2006-05-30 Rf Micro Devices, Inc. Surface passivation of GaN devices in epitaxial growth chamber
US7026665B1 (en) * 2003-09-19 2006-04-11 Rf Micro Devices, Inc. High voltage GaN-based transistor structure

Also Published As

Publication number Publication date
US20080054303A1 (en) 2008-03-06
US20070298556A1 (en) 2007-12-27
WO2005057623A2 (en) 2005-06-23
US20050121661A1 (en) 2005-06-09
CN101300669B (zh) 2011-08-24
CN101300669A (zh) 2008-11-05
WO2005057623A3 (en) 2008-01-03
US7279697B2 (en) 2007-10-09
TW200524086A (en) 2005-07-16
US7652311B2 (en) 2010-01-26
JP2007537580A (ja) 2007-12-20
US8680578B2 (en) 2014-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI295085B (en) Field effect transistor with enhanced insulator structure
JP7473638B2 (ja) 伝導チャネルに近接した階段状フィールド・プレート及び関連する製造方法
US7649215B2 (en) III-nitride device passivation and method
US8648390B2 (en) Transistor with enhanced channel charge inducing material layer and threshold voltage control
US10868134B2 (en) Method of making transistor having metal diffusion barrier
US9029916B2 (en) Gallium nitride based semiconductor devices and methods of manufacturing the same
JP5501618B2 (ja) 高電子移動トランジスタ（ｈｅｍｔ）、半導体デバイスおよびその製造方法
JP5576369B2 (ja) 常時オフ半導体デバイスおよびその作製方法
CN101689561B (zh) 高压GaN基异质结晶体管的终止结构和接触结构
CN101689563A (zh) 高电压GaN基异质结晶体管结构及其形成方法
KR101172857B1 (ko) 인헨스먼트 노멀리 오프 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법
US11955541B2 (en) Semiconductor device and method for forming the same
EP1690286A2 (en) Field effect transistor with enhanced insulator structure
Maeda et al. AlGaN/GaN Heterostructure Field-Effect Transistors with Back-Doping Design for High-Power Applications: High Current Density with High Transconductance Characteristics

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees