TWI449173B - 絕緣閘增強型電晶體 - Google Patents

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Description

絕緣閘增強型電晶體
此發明有關於電晶體，更具體地，是關於第三族氮化物型電晶體(III-nitride type transistors)。
氮化鎵半導體裝置為第三至五(III-V)族或第三(III)族氮化物型的裝置，是新興作為功率半導體裝置的有力候選者，因為氮化鎵裝置(GaN device)能夠攜帶大電流並且支援高電壓。這類裝置亦能提供非常低的導通電阻及快速的切換時間。高電子移動率電晶體(HEMT)是能以氮化鎵材料為基礎來製造之其中一類型的功率半導體裝置。如此處所用，適用於電晶體的氮化鎵材料包含二元(binary)、三元(tertiary)或四元(quaternary)材料，其係以改變第三族元素(鋁、銦及鎵)在Alx Iny Ga1-x-y N中的相對量為基礎，使得、、及。另外，氮化鎵材料可包含AlInGaN之不同極性，例如，鎵極性、氮極性、半極性或非極性。
參照地第1圖，場效電晶體(FET)，例如，氮化鎵高電子移動率電晶體(GaN HEMT)裝置，可包含第三族氮化物半導體主體，其上形成有至少兩層的第三族氮化物(III-nitride)層。形成第三族氮化物層12之材料，舉例來說，可為氮化鋁鎵(AlGaN)，其比形成緩衝層11的材料(可為氮化鎵)具有更大的能帶隙(bandgap)。由多層相鄰第三族氮化物層中之不同材料所產生的極化場(polarization field)，會產生一導電性二維電子氣體(2DEG)區域，其接近兩層的接面9，特別是在具有較窄能帶隙的膜層中。2DEG區域在所有圖中皆以虛線表示。該些膜層中電流傳導通過的該層是通道層。此處，攜帶電流通道或2DEG所在之處的較窄能帶隙層稱為通道層。裝置亦包含蕭特基(schottky)閘極電極18及分別位於閘極電極18兩側上的歐姆源極和汲極電極16、17。介於閘極和汲極與閘極和源極之間的區域為存取區域(access region)7，其容許電流傳導通過裝置。閘極電極18下方的區域為閘極區域6。
第1圖顯示一典型的標準氮化鋁鎵(AlGaN)/氮化鎵(GaN)高電子移動率電晶體(HEMT)結構，其可設計為具有-3V的臨界電壓(threshold voltage)。層10為一基板，例如，碳化矽(SiC)、藍寶石(sapphire)、矽或氮化鎵之基板；層11為氮化鎵緩衝層；及層12為氮化鋁鎵層，例如，其具有20%的鋁成分(Al2 Ga8 N)。層11及12兩者皆為鎵面(Ga-face)材料。虛線表示二維電子氣體(2DEG)存在於此結構中。需要一負閘極電壓以空乏閘極下方的2DEG，從而關閉該裝置。
閘極電極18調整閘極接觸下方的2DEG。標準的氮化鋁鎵/氮化鎵高電子移動率電晶體，例如，第1圖所示者，及相關裝置典型是常開式(normally on，也就是空乏型裝置)，且因此可在0閘極電壓時傳導電流。當施加0伏特(V)至閘極時，空乏型裝置在閘極區域及存取區域兩者中都需要傳導通道。在功率電子領域中期望能具有常關式裝置(normally off，也就是增強型裝置)，其在0閘極電壓下不會導通，藉著防止裝置之任何意外開啟而避免損壞裝置或其他電路部件。
本發明揭示一種在關閉狀態下具有大的源極至汲極阻障、低關閉狀態洩漏、以及在存取區域中具有低通道電阻的增強型(e型)氮化鎵系高電子移動率電晶體(Enhancement-mode(e-mode)GaN-based HEMT)。此處所述之裝置可包含下列其中一個或數個特徵。增強型裝置可在其閘極下包含一電荷空乏層(charge depleting layer)。增強型裝置可在該閘極區域外側，也就是在存取區域(access region)中，包含一電荷增強層。該電荷空乏層及/或該電荷增強層可施加至鎵面(Ga-face)或氮面(N-face)其中之一或兩者。
在一實施例中，敘述一種第三族氮化物高電子移動率電晶體裝置，其具有一閘極電極、一源極電極、一汲極電極、一系列的第三族氮化物層及一通道空乏部分，該系列的第三族氮化物層形成一氮面堆疊，且該氮面堆疊具有一最上層，該最上層與該源極和汲極電極形成歐姆接觸，並且該通道空乏部分介於該閘極電極及該氮面堆疊的最上層之間。該通道空乏部分並未一路延伸至該源極電極。
在另一實施例中，敘述一種第三族氮化物高電子移動率電晶體裝置。該裝置包含一閘極電極、一源極電極、一汲極電極、一系列的第三族氮化物層、一介電層、一通道空乏部分以及一電荷增強第三族氮化物層，該系列的第三族氮化物層形成一鎵面堆疊並且具有一最上層及一通道層，該通道層與該源極和汲極電極形成歐姆接觸，該介電層位於該最上層上且位在該裝置之存取區域上方，該通道空乏部分介於該閘極及該鎵面堆疊的最上層之間，以及該電荷增強第三族氮化物層介於該介電層和該最上層之間且圍繞著該通道空乏部分。該通道空乏部分並未一路延伸至該源極電極。
在又另一實施例中，敘述一種第三族氮化物高電子移動率電晶體裝置。該裝置包含一閘極電極、一源極電極、一汲極電極、一系列的第三族氮化物層、一通道空乏部分﹑一電荷增強第三族氮化物層以及一氮化鎵層；該系列的第三族氮化物層形成一鎵面堆疊並且具有一最上層及一通道層，該通道層與該源極和汲極電極形成歐姆接觸，該通道空乏部分介於該閘極及該鎵面堆疊的最上層之間，該電荷增強第三族氮化物層位於該最上層上方並且圍繞著該通道空乏部分，該氮化鎵層介於該電荷增強第三族氮化物層及該最上層之間。該通道空乏部分並未一路延伸至該源極電極。
在另一實施例中，敘述一種常關式第三族氮化物高電子移動率電晶體裝置。該裝置具有一上部閘極電極、一源極電極、一汲極電極、一系列的第三族氮化物層以及一通道空乏部分；該系列的第三族氮化物層形成一鎵面堆疊，且該鎵面堆疊具有一最上層及一通道層，該通道層與該源極和汲極電極形成歐姆接觸，該通道空乏部分介於該上部閘極電極和該鎵面堆疊的最上層之間。該通道空乏部分並未一路延伸至該源極電極。該系列的第三族氮化物層包含一p型第三族氮化物蓋層，其鄰接位於該系列第三族氮化物層之一氮面上的第三族氮化物型覆蓋層，並且位於該覆蓋層中的一孔暴露出一部分的該P型第三族氮化物蓋層。
在又另一實施例中，敘述一種第三族氮化物高電子移動率電晶體裝置。該裝置具有一閘極電極、一源極電極、一汲極電極、一系列的半極性或非極性第三族氮化物層以及一通道空乏部分，該系列的第三族氮化物層具有一最上層及一通道層，該通道層與該源極和汲極電極形成歐姆接觸，該通道空乏部分介於該閘極和該半極性或非極性堆疊的最上層之間，其中該通道空乏部分並未一路延伸至該源極電極。
該裝置之實施例可包含下列其中一個或數個特徵。該最上層可為一通道層，在該通道層中，2DEG形成在該裝置的存取區域內。在沒有施加電壓至該閘極電極的情況下，該通道層的閘極區域可能不含2DEG，且該裝置可為增強型裝置。該最上層可包含在閘極區域中的一凹部，且該通道空乏部分可位於該凹部中。一通道電荷增強層可位於該最上層上，其接觸該通道空乏部分並且朝向該源極電極及該汲極電極延伸。一場板(field plate)可朝該汲極電極延伸。該通道空乏部分可部分地朝向該汲極電極延伸。該通道電荷增強層可包含氮化矽(SiN)。一p型第三族氮化物區域可介於該通道空乏部分及該最上層之間。該p型第三族氮化物區域可由該源極電極延伸至該汲極電極，且在該裝置的一存取區域中可進一步包含一額外的氮化鎵層，其在與該最上層相反的一側上鄰接該p型第三族氮化物。該p型第三族氮化物區域可包含Alz GaN，其中。該通道空乏部分可包含高介電常數(K)之介電質。該通道空乏部分可由氮化鋁矽(AlSiN)、五氧化二鉭(Ta2 O5 )、二氧化鉿(HfO2 )或二氧化鋯(ZrO2 )所形成。該通道空乏部分可包含高介電常數之介電質。該通道空乏部分可由氮化鋁矽、五氧化二鉭、二氧化鉿或二氧化鋯所形成。該通道空乏部分可朝向該汲極電極延伸部分地路途，但並未接觸該汲極電極。一場板可朝向該汲極電極延伸。氮化鋁中間層可位於該最上層及該通道層之間。氮化鎵層可位於該電荷增強第三族氮化物層及該最上層之間。該最上層可為p型層。該最上層可為n型摻雜。一p型第三族氮化物型蓋部分可位於該最上層及該上部閘極電極之間。一下部閘極電極可位於該覆蓋層的該孔中或與該孔鄰接。該最上層的一閘極區域可經過氟處理。
本發明的一或多個實施例之細節在伴隨之圖式及下文敘述中提出。從敘述內容、圖式以及申請專利範圍將可更加明白本發明的其他特徵、目標及優點。
本發明揭示以負電荷促成通道空乏閘極介電質(negative charge contributing channel-depleting gate dielectrics)為基礎來實現常關式氮化鎵電晶體裝置的結構及方法，和藉由表面層或表面處理來修飾存取區域之傳導性的方法。也就是說，通道空乏材料或區域至少位於閘極區域中，且一通道電荷增強層或區域位於存取區域中。通道空乏介電質可具有負電荷並且使通道呈現負電荷空乏。以此方式實現的常關式裝置顯現出高的正臨界電壓(例如，2至3伏特)、在0偏壓下由源極至汲極的高內部阻障(例如，0.5至2eV)以及高的存取區域傳導性(例如，薄膜電阻＜750歐姆/平方)伴隨著高崩潰電壓(600/1200伏特)和低導通電阻(對600/1200伏特而言分別是＜5或＜10mohm-cm2 )。示於此處之範例係針對特定的氮極性、鎵極性、半極性及非極性結構。不過，整體方法可應用至以鎵極性、鎵面、氮極性、氮面、半極性或非極性氮化鎵晶向為基礎的所有結構。
雖然無法藉著在氮化鋁鎵/氮化鎵裝置(反之將為空乏型裝置)的閘極下方插入一標準介電質來製造出增強型裝置，但藉著在一標準氮化鋁鎵/氮化鎵裝置(否則將為一空乏型裝置)之閘極下方插入一通道空乏介電質來製造出增強型裝置是可行的，如第2a圖所示。舉例來說，由於介電質包含負電荷，或在介電質及下方層之間的介面處感應生成負電荷，或透過其他一些機制，使得通道空乏介電質(例如第2a圖中的層13)能減少直接位於其下方之通道層中的負電荷量。當應用至氮化鎵電晶體時，可作為電荷空乏介電質的絕緣體範例包含，但不受限於，二氧化鉿、五氧化二鉭、二氧化鋯及氮化鋁矽。以第1圖所示的裝置設計非常難以獲得正臨界電壓。不過，如第2a圖所示，如果通道空乏介電層13插入閘極電極18下方，在零閘極偏壓下，閘極下方的2DEG可能完全空乏，如此則需要一正閘極電壓來打開該裝置，同時位於存取區域中的2DEG通道不受影響。第2a圖中標明出閘極區域6及存取區域7。雖然為了使圖式簡明易懂，而未在隨後的圖中標明這些區域，這些區域在各裝置中仍位於相同位置。
參照第2b及2c圖，在增強型裝置中對於閘極區域及存取區域的要求與空乏型裝置不同。裝置包含基板20’，基板上設有氮化鎵緩衝層21’及氮化鋁鎵層12’。氮化鋁鎵層12’在閘極區域6中包含一凹部。當施加0閘極電壓時，閘極區域6空乏。較佳的是，臨界電壓應該盡可能的高正電壓(例如，希望約為3V)，且當裝置為關閉狀態時，源極至汲極的阻障應該盡可能的高，以確保低的源極-汲極洩漏。阻障的合適能帶圖可在2007年9月17日提出申請之美國專利申請案第11/856,687號中找到。存取區域7必須盡可能地具有導電性，其可藉著確保這些區域中隨時保持高通道電荷來達成之。通常難以實現可同時在存取區域中保持高傳導性且在0伏特閘極偏壓下不會傳導電流的電晶體。
雖然可以，舉例來說，藉由在閘極下包含一凹部，來製造出臨界電壓大於0的標準氮化鋁鎵/氮化鎵裝置，卻很難同時確保在關閉狀態下由源極至汲極的高阻障。參照第2c圖，藉由在閘極下方及在閘極區域中使用標準絕緣體14(例如，介電質)，增強型裝置的臨界電壓總是更往正向偏移，但在0伏特的閘極偏壓下，裝置將仍具有同樣低的源極至汲極阻障。雖然在閘極下方插入一標準絕緣體，可能導致空乏型及增強型裝置兩者的臨界電壓皆往正向偏移，但是無法藉由在裝置之閘極下方插入一標準介電質而實現增強型裝置，反之將會是空乏型裝置。
本文揭示一種在關閉狀態下具有大的源極至汲極阻障、低的關閉狀態洩漏以及在存取區域中之低通道電阻的增強型氮化鎵系高電子移動率電晶體。在某些實施例中使用鎵面第三族氮化物材料層，以及在其他實施例中使用氮面第三族氮化物材料層。可使用一種或多種下列技術來實現增強型裝置。其中一種技術是同時且獨立地在閘極區域中使用一通道電荷空乏處理/層，並且在電晶體之存取區域中使用一通道電荷增強處理/層。通道電荷增強處理可為一鈍化層(例如，氮化矽)，或是跟在適當鈍化層之後的分開處理(例如，擴散或佈植)。存取區域之通道電荷增強層如果是氮化矽，則可利用能在氮化鎵或氮化鋁鎵上產生具有所需感生通道電荷性質之氮化矽的技術來沈積。一些技術包含，但不受限於，電漿增強化學氣相沈積(PECVD)、觸媒催化化學氣相沈積(CATCVD)、金屬氧化物化學氣相沈積(MOCVD)及濺射沈積。或者，可利用例如離子佈植或摻雜物擴散等方法來形成通道電荷增強層。通道空乏層可為一高電容率(高介電常數)之介電質，例如，二氧化鉿、五氧化二鉭或二氧化鋯。此有利之處在於，與使用較低電容率介電質的結構相比，其增加閘極電容，從而增加裝置跨導(transconductance)。數種沈積方法可用於沈積這些閘極介電薄膜，其包含，但不受限於，分子束磊晶法(MBE)、金屬有機分子束磊晶法(MOMBE)、化學氣相沈積(CVD)、原子層沈積(ALD)、脈衝雷射沈積、濺射沈積及蒸鍍法。五氧化二鉭(Ta2 O5 )在作為閘極介電質材料上尤其具有吸引力，因為其熱膨脹係數類似於氮化矽。由於在封裝期間典型以氮化矽來覆蓋裝置，使用五氧化二鉭可減少在裝置之某些層中的應變(strain)。
氮面裝置
參照第3圖，增強型裝置包含基板20，在該基板20上形成一系列的第三族氮化物型層。基板20可由適當材料形成，例如，氮化鎵、氮化鋁、碳化矽、矽、藍寶石或是可讓氮面第三族氮化物材料在其上生長的其他材料。或者，基板20可為一載體晶圓，其與下文進一步敘述的上方層黏合。氮化鎵緩衝層21形成在基板20上。氮化鋁鎵層22形成在氮化鎵緩衝層21上。氮化鎵層23形成在氮化鋁鎵層22上。層21、22、23各自具有一遠離基板20的氮面。氮化鋁鎵層22可由Alx Iny Ga1-x-y N形成，其中x及y經過選擇，使得在存取區域的通道部分中形成2DEG。須了解可做出第3圖之磊晶結構的基本變化，例如，僅在閘極下方的區域中增加另一氮化鋁鎵層在氮化鎵層23之頂部，以進一步空乏閘極下方之電荷。
在氮化鎵層23上形成源極電極27和汲極電極28，源極電極27和汲極電極28為歐姆型接觸。在閘極區域中、在源極和汲極之間形成通道空乏介電質區域25，並在通道空乏介電質區域25的頂部形成閘極電極29。層22及23之厚度與成分經過選擇，使得2DEG存在於存取區域中。在閘極區域中，介電質區域25導致通道在0閘極電壓時呈現電荷空乏，並且打破2DEG。因此，必須施加正閘極電壓來導通(turn on)該裝置。介電質區域25可包含任何能造成裝置臨界電壓正向偏移且同時在裝置為關閉狀態時能增加源極至汲極阻障的介電質材料，或由這類材料所組成，舉例來說，氮化鋁矽(AlSiN)。在某些實施例中，介電質區域25為高介電常數之介電質，例如，二氧化鉿、五氧化二鉭或二氧化鋯。高介電常數之介電質確保電晶體的高電容率，是一種增益。高介電常數之介電質可以是介電常數比二氧化矽之介電常數要大的介電材料，例如，k＞4，但典型具有介電常數k＞15。
參照第4圖，類似於第3圖所示裝置的增強型裝置，其包含一主體，該主體具有基板20、氮化鎵緩衝層21、及氮化鋁鎵層22。不過，氮化鎵層23’的不同之處在於該層包含一位在在閘極下方的凹部。該凹部允許介電質區域25更接近氮化鋁鎵層22。該凹部既增加裝置的臨界電壓，也增加了裝置在關閉狀態時的源極至汲極阻障。
參照第5及6圖，其是類似於第4圖所示裝置的增強型裝置包含一主體，該主體具有基板20、氮化鎵緩衝層21、氮化鋁鎵層22及凹陷的氮化鎵層23’。該兩裝置進一步包含介電層24，其位於氮化鎵層23’之與氮化鋁鎵層22相反的一側上。介電層24可為氮化矽，其增加存取區域中之2DEG的電荷密度，從而減少凹部之電阻。介電層24亦可作為一鈍化層。在某些實施例中，在沈積介電層24之前，對閘極區域外側及存取區域中的凹部氮化鎵層23’施加一特殊處理，例如，擴散、佈植或其他電荷感生表面層。
可包含一場板(顯示為閘極29’的一部分)，以提高裝置之崩潰電壓及改善效能。圖中顯示兩種不同的場板配置，一種示於第5圖且一種示於第6圖。第5圖顯示一場板配置，其中閘極電極29’延伸在存取區域頂部上的介電層24上方且朝向汲極電極28延伸，導致裝置之峰值電場降低。第6圖顯示一場板，其藉著使通道空乏閘極介電質區域25’在介電層24上方朝向汲極電極28延伸，以及使閘極電極29’在介電質區域25’上方朝向汲極電極28延伸而形成。介電質區域25’及閘極電極29’的延伸形成一場板，且各自作用以減少裝置之峰值電場。在第6圖中，閘極電極29’朝向汲極電極28延伸得比介電質區域25’更遠。因此，一段閘極電極29’直接位於介電層24上。不過，在某些實施例中，介電質區域25’朝向汲極電極28延伸得比閘極電極29’更遠，以致閘極電極29’完全位於介電質區域25’之頂部。在其他實施例中，介電質區域25’朝向汲極延伸，而氮閘極電極29’則否，因此電場板僅由區域25’之延伸形成。其他用於第5或6圖之裝置任一者中的場板配置包含多層金屬層，該些金屬層各自以一絕緣體分開，且一些或全部的金屬層可連接至閘極金屬或源極金屬任一者。
參照第7及8圖，其顯示類似第3及6圖的增強型裝置。該裝置包含P型AlzGaN區域26，其介於氮化鎵層23及介電質區域25之間，其中z介於0至1之間，例如，0.05＜z＜0.35，例如，z約為0.2或0.25。P型Alz GaN區域26既進一步增加臨界電壓，也增加該裝置在關閉狀態時的源極至汲極阻障。在某些實施例中，氮化鋁鎵層22是以n型摻雜物離子(例如矽)進行離子佈植在存取區域中。如此處所提到，離子佈植可與任何此處所述之裝置並用。
參照第9圖，一增強型裝置包含基板20上的一堆疊，該堆疊具有氮化鎵緩衝21、氮化鋁鎵層22及氮化鎵層23。在氮化鎵層23上為p型Alz GaN層26’，其延伸在源極27和汲極電極28之間。通道空乏介電質區域25位於p型Alz GaN層26’上的閘極區域中。在通道空乏介電質區域25兩側上，也就是在存取區域上方，是氮化鎵層50。在閘極區域中，p型Alz GaN層26’既進一步增加臨界電壓，也增加裝置在關閉狀態時的源極至汲極阻障。在存取區域中，層26’減少2DEG中的電荷。氮化鎵層50增加存取區域中的2DEG，而抵消了存取區域中之電荷減少。
鎵面裝置
參照第10至13圖，其顯示鎵面第三族氮化物裝置。各裝置具有一閘極凹部。參照第10圖，基板20’是一其上可形成鎵面第三族氮化物層的基板，例如，氮化鎵、氮化鋁、碳化矽、矽或藍寶石。在基板20’及氮化鎵緩衝層21’上形成Alx GaN層33。在存取區域中的Alx GaN層33上是Aly GaN層36及介電層34。層33及36中的鋁成分x及y與層之厚度經過選擇，使得淨極化作用(net polarization)在存取區域的通道部分中形成2DEG，其中x=y、x＜y、或x＞y。或者，Alx GaN層33由Alx Inz Ga1-x-z N組成，且層36由Aly Inw Ga1-y-w N組成，其中x、z、y及w和層之厚度經過選擇，使得在存取區域的通道部分中形成一2DEG。
介電層34作為一鈍化層，並可增加存取區域中之2DEG的電荷密度，從而減少存取電阻。介電層34的一適當材料為氮化矽。在某些實施例中，於製程的中間階段，該裝置中可包含一摻雜物擴散層，該摻雜物擴散層設置在層34所在之位置處，以感生(induce)電荷，並且在裝置完成之前移除該摻雜物擴散層。
在Alx GaN層33之頂部上是介電質區域35，其至少位於閘極區域中。在第10圖所示之裝置中，部分的介電質區域35延伸在介電層34上方以及在部分的存取區域中。介電質區域35是由一材料形成，該材料導致裝置之臨界電壓正向偏移，且同時提高裝置在關閉狀態時的源極至汲極阻障，亦即，該材料為通道空乏介電質，例如，五氧化二鉭、二氧化鉿、氮化鋁矽或二氧化鋯。在某些實施例中，介電質區域35為高介電常數之介電質。在某些實施例中，例如第11圖所示，介電質區域35’覆蓋整個閘極區域，但並未覆蓋任何部分的存取區域或介電層34。在其他實施例中，例如第10、12及13圖所示，介電質區域35或35”亦延伸部分路途至源極和汲極。且在其他實施例中，介電質區域一路延伸至源極和汲極(未顯示)。
參照第12圖，介電質區域35”可形成一部分的場板。場板可提高裝置之崩潰電壓及改善裝置效能。場板亦可包含多個金屬層的組合以及一介電層，一些或全部的金屬層可外連至源極或閘極，並且該介電層是介電質區域35”的延伸。
參照第13圖，閘極電極29並未延伸超過閘極區域。然而，介電質區域35在鈍化層34上方橫向延伸超出閘極區域且延伸朝向源極和汲極兩者、僅朝向源極、或僅朝向汲極，但並未一路延伸至源極及/或汲極。
參照第14至15圖，類似於第10至12圖所示之裝置，其顯示鎵面第三族氮化物裝置。不過，氮化鋁層32(亦即，氮化鋁中間層)介於氮化鎵緩衝層21，及Alx GaN層33之間。氮化鋁層32之厚度是薄的，例如，介於約0.2及0.7奈米(nm)之間，例如，約0.5nm。氮化鋁層32提高最大裝置電流並且減少存取電阻。在閘極下方的閘極凹部與通道空乏介電質材料之組合造成裝置的臨界電壓正向偏移，同時增加源極至汲極阻障。此導致臨界電壓足夠大的正向偏移，而能實現具有氮化鋁中間層的增強型裝置。
參照第16至19圖，類似於第10至12圖所示之裝置，其顯示鎵面第三族氮化物裝置。雖然類似於第11圖，第16及17圖的裝置具有介在Alx GaN層33及Aly GaN層36中間之氮化鎵層40。第17圖之裝置與第16圖所示之裝置相同，除了該裝置缺少第11圖之裝置所具有的表面鈍化層或介電層34。第18圖顯示介電質區域35，其在介電層34上方朝向源極和汲極電極27、28部分延伸。在某些實施例中，介電質區域35從閘極區域一路延伸至源極和汲極。
由於第16至18圖所示裝置之氮化鎵層40及下方的Alx GaN層33具有不同的蝕刻特性，Alx GaN層33可作為一蝕刻終止。而能獲得精確的蝕刻深度。因此，介電質區域35位於Alx GaN層33的頂部表面上，並且其底部表面與氮化鎵層40的底部表面齊平。參照第19圖，介電質區域35”及閘極電極29”可形成一場板。介電質區域35”在介電層34上方朝向汲極電極28部分延伸，且閘極電極29”延伸在整個介電質區域35”上方，並且部分在介電層34上方朝向汲極電極28延伸且超過介電質區域35”的邊緣。
參照第20圖，其顯示類似第16圖所示裝置的增強型裝置。不過，氮化鋁層32位於氮化鎵緩衝層21及Alx GaN層35之間。氮化鋁層32增加最大裝置電流並減少存取電阻。位在閘極下方的一閘極凹部及一通道空乏介電質之組合導致裝置之的臨界電壓正向偏移，且同時增加由源極至汲極之阻障，其導致臨界電壓有足夠大的正向偏移以而致能獲得具有氮化鋁中間層之增強型裝置。當使用氮化鋁層32時，這些特徵中之任一項個別導致的正向定限值偏移可能都不夠大，以致無法獲得增強型裝置。如同其他實施例，介電質區域35可能在介電層34上方一路或部分地朝向源極和汲極電極延伸。在某些實施例中，此裝置形成有一場板(未顯示)。
參照第21圖，其顯示類似第20圖所示裝置之增強型裝置。不過，以p型Alx GaN層41來取代Alx GaN層33。如同其他實施例，介電質區域35’之長度可能限制在閘極區域內，或可在介電層34上方一路或部分地朝向源極和汲極電極延伸。在某些實施例中，此裝置形成有一場板。將直接位在閘極電極29下方的p型Alx GaN層41取代成Alx GaN層33既導致臨界電壓正向偏移，也增加裝置在關閉狀態時的源極至汲極阻障。在存取區域中，可藉由調整Aly GaN層36的厚度及鋁成分來減輕與插入p型Alx Ga N層41有關的通道電荷損耗，以增加裝置之臨界電壓同時保持一小存取電阻。在某些結構中，p型層可僅位於閘極下方。
參照第22圖，鎵面增強型第三族氮化物裝置係形成如一橫向裝置，其具有位在閘極電極29下方之通道空乏介電質區域35’，以及在第二閘極電極51及p型氮化鎵層54中間的通道空乏介電質區域60。第二閘極電極51亦位於裝置的氮面上。該裝置包含鎵面上的p型Alz GaN蓋55以及從裝置之氮面存取之p型Aly GaN蓋層(顯示為p型氮化鎵層54)，其中及。在某些實施例中，p型Alz GaN蓋55或p型Alx GaN層33為一漸變層(graded layer)，那就是說，在層的不同深度處包含更多或更少的鋁。該裝置包含位在p型氮化鎵層54之氮面上的氮化鎵層52。氮化鎵層52包含一凹部，其暴露出p型氮化鎵層54。通道空乏介電質區域60介於底部閘極電極51及p型氮化鎵層54之間。
在p型氮化鎵層54的相反側上是氮化鎵通道層53。鄰接氮化鎵通道層53並且位於p型氮化鎵蓋層54之相反側的Alx GaN層33提供了氮化鎵通道層53中的2DEG。p型Alz GaN蓋55位於Alx GaN層33上，且位於閘極區域中及閘極29下方。
在某些實施例中，Alx GaN/氮化鎵層33、53生長成足夠薄，使得p型Alz GaN或氮化鎵層55、54之表面釘扎位置(surface pinning position)使在閘極區域中之Alx GaN/氮化鎵層之介面處的2DEG空乏。舉例來說，當裝置包含一完全空乏的p型層時，生長薄的Alx GaN/氮化鎵層33、54。如果裝置在頂部具有厚p型層，則p型Alz GaN/Alx GaN接面所產生之阻障會使2DEG空乏。從兩個表面來空乏2DEG，會增加內部阻障及臨界電壓。存在有高p型Alx GaN或氮化鎵阻障，亦導致高的閘極導通電壓(gate turn-on voltage)及減少閘極洩漏電流。額外的絕緣層可施加在閘極(29或51)和個別p型層(55及54)之間。
在某些實施例中，閘極電極29、51其中一者在裝置上為選用性的。在某些實施例中，介電質區域35’或60之任一者是選用性(optional)的。
在沒有p型Alz GaN蓋55及通道空乏介電質35’的情況下，Alx GaN/氮化鎵層33、53中之極化電場容許在存取區域中的Alx GaN/氮化鎵介面處有2DEG。因此，控制Alx GaN層33之厚度，以保持適當的2DEG以及低的導通電阻。一類似裝置敘述在2007年9月17日提出之美國專利申請案第11/856,687號中，其為所有目的而引用於本文中以供參照。
在第22圖所示裝置的替代實施例中，一Aly GaN層形成在Alx GaN層33上且圍繞p型Alz GaN蓋55。
參照第23圖，其顯示在鎵面及氮面兩者上具有閘極(gating)之增強型第三族氮化物裝置的另一實施例，其中該裝置經過氟處理。該裝置包含位在閘極下方之鎵面上的一區域，以及位在閘極下方之氮面上(或參閱第23圖時，位於下部閘極電極51上方)的一區域，且已經過氟化合物處理。氟處理可為以氟為基礎之電漿處理。在鎵面及氮面兩者上之氟處理，可提高裝置的內部阻障及臨界電壓。
上部閘極29下方的結構是在Alx GaN層61上疊有氮化鎵通道層53，且在氮化鎵通道層53上疊有Aly GaN層62，而Alx GaN層61位於氮化鎵層52上。氮化鎵層52中的一凹部暴露出一部份的Alx GaN層61。該凹部位於閘極電極29下方，而非位於存取區域下方。使用氟化合物之電漿來處理Alx GaN層61的暴露部分63。同樣地，Aly GaN層62之閘極區域64以電漿處理。以氟處理並未施加至存取區域。
在某些實施例中，在氮面之氟處理之後，底部閘極51係形成在凹部中。在某些實施例中，閘極電極29、51其中一者及/或絕緣層35’、60其中一者為選用性(optional)的。一類似裝置敘述在2007年9月17日提出申請之美國專利申請案第11/856,687號中。
非極性及半極性裝置
參照第24及25圖，一增強型裝置包含基板10，在基板10上形成一系列的非極性73、74或半極性70、71之第三族氮化物型層。基板10可由適當材料形成，例如，氮化鎵、氮化鋁、碳化矽、矽、藍寶石，或其上可生長非極性或半極性氮化物材料的其他材料。半極性或非極性氮化鎵緩衝層71、74形成在基板10上。半極性或非極性氮化鋁鎵層70、73形成在氮化鎵緩衝層71、74上。歐姆源極和汲極接觸16及17分別形成在任一側上。在氮化鋁鎵層70、73頂部的閘極區域中形成通道空乏介電層25，在通道空乏介電層25頂部上形成閘極電極18。在非極性裝置中，氮化鋁鎵層73的子部分75是n型摻雜，以在裝置之存取區域中感生電荷。
空乏型裝置
雖然此處已敘述之裝置為具有通道空乏介電質的增強型第三族氮化物裝置，亦可設計具有通道空乏介電質的空乏型第三族氮化物裝置。在一實施例中，舉例來說，第3圖裝置的設計是，舉例來說，藉由確保Alx Ga1-x N層22具有足夠大的鋁濃度，例如，，使得在0閘極電壓下，2DEG通道由源極27一路延伸至汲極28。在此實施例中，閘極電極下方之2DEG部分中的電荷濃度小於存取區域中的電荷濃度。與在閘極下方不具有通道空乏部分的空乏型裝置相比，此實施例可顯現更佳的線性。同樣地，第4至9圖所說明之裝置皆可設計成，例如，藉由確保Alx Ga1-x N層22具有足夠大的鋁濃度，例如，，使得在0閘極電壓下，該些裝置包含一路由源極27延伸至汲極28的2DEG通道。在其他實施例中，第10至20圖之裝置皆設計成，例如，藉由確保Alx Ga1-x N層33具有足夠大的鋁濃度，例如，，使得在0閘極電壓下，該些裝置包含一路由源極27延伸至汲極28的2DEG通道。
已敘述增強型第三族氮化物型裝置之數個實施例。用於不同類型氮化鎵裝置的典型材料生長法包含，但不限於，分子束磊晶法、金屬有機分子束磊晶法、化學氣相沈積、原子層沈積、脈衝雷射沈積、濺射沈積及蒸鍍法。此外，用於形成氮面裝置之方法進一步敘述在2007年9月17日提出申請之美國專利申請案第11/856,687號中。這一類方法可包含形成第三族氮化物層所構成的鎵面組件。一載體晶圓或基板藉由例如使用以金屬為基礎之黏合劑、或介電質黏合劑、或其他適當的黏合劑而黏合至該組件的一頂部。如果載體晶圓最後將作為最終基板，載體晶圓可為導熱性及電絕緣性的。在某些實施例中，載體晶圓及頂部第三族氮化物層之間的黏合為非傳導性的。具有載體晶圓之組件接著翻轉以便使載體晶圓位於組件底部並作為基板。使用適於基板材料的技術來移除頂部基板，例如，用於藍寶石基板之雷射剝離、用於以碳化矽類基板的研磨或電漿蝕刻，或用於矽基板之濕蝕刻或乾蝕刻。第三族氮化物組件之額外層亦可視需要而移除。該結構現為一氮面結構，已準備就緒且可用來形成此處所述之氮面裝置。
此處所述之任何裝置可利用一適當介電質(例如，氮化矽)來加以鈍化。使用氮化矽或適當介電質的鈍化作用，對於使捕獲(trapped)電荷之效應減至最小以及確保良好的裝置操作來說是需要的。此處，氮化矽或其他適當鈍化可用在氮面及鎵面第三族氮化物電晶體中。
藉由單個或多個場板進行電場板化(Field plating)，可提高裝置的崩潰電壓，並進一步藉由減少靠近閘極之峰值電場，來使捕獲影響降至最低。已在本文中敘述各種不同的場板幾何結構，其可用於獲得高崩潰電壓。此外，可設置傾斜的場板，以使其優勢最大化。通道空乏介電層，例如，五氧化二鉭或二氧化鉿，亦可塑造在高場區域中的電場輪廓，且因此與標準場板用作目的相同。構成此層的材料可能由與實施例中用於閘極電極下方的材料相同。
氮面氮化鎵比鎵面氮化鎵更為化學敏感。在某些實施例中，可在形成裝置之初使用一薄蓋層，例如氮化矽，以確保氮面裝置中之氮面表面的穩定性。除非有需要，否則該蓋確保該表面不會暴露至在製造期間可能損害該表面的元素下。此保護層可製造得較厚且亦作為鈍化層。
在此處所述之裝置中，緩衝及/或通道層材料是由氮化鎵構成。在不偏離本發明範圍的情況下，亦可使用Alw GaN作為這些層。該裝置仍如此設計，使得2DEG存在於存取區域中，其可藉由使用Alw GaN緩衝層來實現，其中該層的鋁成分小，例如，w＜0.05。
閘極介電質可用在高電子移動率電晶體中，以減少閘極洩漏並提高裝置之崩潰電壓。在形成以氮化鎵為基礎之增強型裝置的過程中，閘極介電質是有用的，因為其可導致裝置之臨界電壓正向偏移。較佳是使用具有高介電常數之介電質，也就是所謂的高k介電質，例如，二氧化鉿、二氧化鋯或五氧化二鉭，因為對一給定的介電質厚度來說，具有較高介電常數可得到具有較大閘極電容及相應較大跨導(transconductance)之裝置。此外，某些閘極介電質，例如，二氧化鉿及五氧化二鉭，已顯示可使通道空乏電荷，因為閘極介電質包含負電荷或在其與下方材料共享的表面處感應生出負電荷，導致使用這些介電質之裝置的臨界電壓正向偏移(positive shift)。其他介電質也可能擁有這些特性，並稱為「通道空乏介電質」。不同於標準介電質，藉由在具有負臨界電壓之標準氮化鋁鎵/氮化鎵裝置的閘極下方插入一負電荷通道空乏介電質，可使臨界電壓偏移成正值。不同於標準介電質之情況，藉由插入一通道空乏介電質而使臨界電壓更向正電壓偏移，導致增加裝置在關閉狀態時的源極至汲極阻障。
已敘述本發明之數個實施例。然而，須了解到，可在不偏離本發明之精神及範圍的情況下做出各種修飾變化。舉例來說，在某些實施例中，鎵面為鎵極性面。因此，其他實施例涵蓋在下列申請專利範圍之範圍內。
6．．．閘極區域
7．．．存取區域
9．．．接面
10．．．基板
11．．．氮化鎵緩衝層
12．．．第三族氮化物層(氮化鋁鎵)
12’．．．氮化鋁鎵層
13．．．通道空乏介電層
14．．．標準絕緣體
16．．．歐姆源極電極
17．．．歐姆汲極電極
18．．．閘極電極
20．．．基板
20’．．．基板
21．．．氮化鎵緩衝層
21’．．．氮化鎵緩衝層
22．．．氮化鋁鎵層
23．．．氮化鎵層
23’．．．氮化鎵層
24．．．介電層
25．．．通道空乏介電質區域
25’．．．通道空乏介電質區域
26．．．p型Alz GaN區域
26’．．．p型Alz GaN層
27．．．源極電極
28．．．汲極電極
29．．．閘極電極
29’．．．閘極電極
29’’．．．閘極電極
32．．．氮化鋁層
33．．．Alx GaN層
34．．．介電層/鈍化層
35．．．介電質區域
35’．．．介電質區域
35’’．．．介電質區域
36．．．Aly GaN層
40．．．氮化鎵層
41．．．p型Alx GaN層
50．．．氮化鎵層
51．．．第二閘極電極
52．．．氮化鎵層
53．．．氮化鎵層/氮化鎵通道層
54．．．p型氮化鎵層
55．．．p型Alz GaN蓋
60．．．通道空乏介電質區域
61．．．Alx GaN層
62．．．Aly GaN層
63．．．暴露部分
64．．．閘極區域
70．．．半極性第三族氮化物型層
71．．．半極性第三族氮化物型層
73．．．非極性第三族氮化物型層
74．．．非極性第三族氮化物型層
75．．．子部分
第1圖為一空乏型第三族氮化物裝置之示意圖。
第2a圖為一增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其在閘極區域中具有一通道空乏介電質。
第2b圖為一增強型第三族氮化物裝置之示意圖。
第2c圖為一增強型第三族氮化物裝置之示意圖。
第3圖為一氮面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其在閘極區域中具有一通道空乏介電質。
第4圖為一氮面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其在閘極區域且在一凹部中具有一通道空乏介電質。
第5至6圖為N晶面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有在閘極區域中的一通道空乏介電質並且具有一場板。
第7圖為一氮面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有一蓋以及在閘極區域中的一通道空乏介電質。
第8圖為一氮面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有一場板、一蓋以及在閘極區域中的一通道空乏介電質。
第9圖為一氮面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有在閘極區域中的一通道空乏介電質，該通道空乏介電質覆蓋一絕緣體的一部分。
第10圖為一鎵面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有一鈍化層、一場板以及在閘極區域中的一通道空乏介電質。
第11圖為一鎵面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有一鈍化層以及在閘極區域中的一通道空乏介電質。
第12圖為一鎵面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有一鈍化層、一電場板以及在閘極區域中的一通道空乏介電質。
第13圖為一鎵面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有一中間層以及在閘極區域中的一通道空乏介電質。
第14圖為一鎵面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有一中間層以及在閘極區域中的一通道空乏介電質。
第15圖為一鎵面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有一中間層以及在閘極區域中的一通道空乏介電質。
第16圖為一鎵面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有一鈍化層、多層第三族氮化物材料層以及在閘極區域中的一通道空乏介電質。
第17圖為一鎵面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有多層第三族氮化物材料層以及在閘極區域中的一通道空乏介電質。
第18圖為一鎵面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有一鈍化層、多層第三族氮化物材料層以及在閘極區域中的一通道空乏介電質。
第19圖為一鎵面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有一鈍化層、多層第三族氮化物材料層、一場板以及在閘極區域中的一通道空乏介電質。
第20圖為一鎵面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有一中間層以及在閘極區域中的一通道空乏介電質。
第21圖為一鎵面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有一鈍化層、一p型蓋以及在閘極區域中的一通道空乏介電質。
第22圖為一鎵面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有在閘極區域中之一通道空乏介電質，並且導通該裝置的兩側。
第23圖為一鎵面增強型第三族氮化物裝置之示意圖，其具有在閘極區域中的一通道空乏介電質，且藉著在閘極區域(gating region)中施以氟處理來導通該裝置的兩側。
第24圖為一具有半極性層之增強型第三族氮化物裝置的示意圖。
第25圖為一具有非極性層之增強型第三族氮化物裝置的示意圖。
在不同圖式中，類似的參考符號指示類似元件。
6．．．閘極區域
7．．．存取區域
9．．．接面
10．．．基板
11．．．氮化鎵緩衝層
12．．．第三族氮化物層(氮化鋁鎵)
12’．．．氮化鋁鎵層
13．．．通道空乏介電層
14．．．標準絕緣體
16．．．歐姆源極電極
17．．．歐姆汲極電極
18．．．閘極電極

Claims (33)

  1. 一種第三族氮化物高電子移動率電晶體裝置，其包含：一閘極電極；一源極電極和一汲極電極；一系列的第三族氮化物層，其形成一氮面堆疊，該氮面堆疊具有一最上層，該最上層與該源極和汲極電極形成歐姆接觸；以及一通道空乏部分，其介於該閘極電極和該氮面堆疊的該最上層之間，其中該通道空乏部分並未一路延伸至該源極電極。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該最上層為一通道層，其中一2DEG形成在該裝置的一存取區域內。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中在沒有施加電壓至該閘極電極的情況下，該通道層的一閘極區域未包含一2DEG，且該裝置為一增強型裝置。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該最上層包含一凹部，該凹部位於一閘極區域中，且該通道空乏部分位於該凹部中。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，更包含一通道電荷增強層，其位於該最上層上，並接觸該通道空乏部分，且朝向該源極電極及該汲極電極延伸。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，更包含一場板，其朝向該汲極電極延伸。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該通道空乏部分朝向該汲極電極部分地延伸。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該通道電荷增強層包含氮化矽(SiN)。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，更包含一p型第三族氮化物區域，其介於該通道空乏部分及該最上層之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該p型第三族氮化物區域從該源極電極延伸至該汲極電極，且在該裝置的一存取區域中更包含一額外的氮化鎵(GaN)層，其位在與該最上層相反的一側上鄰接該p型第三族氮化物。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該p型第三族氮化物區域包含Alz GaN，其中。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該通道空乏部分包含一高介電常數之介電質。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該通道空乏部分是由氮化鋁矽(AlSiN)、五氧化二鉭(Ta2 O5 )、二氧化鉿(HfO2 )或二氧化鋯(ZrO2 )所形成。
  14. 一種第三族氮化物高電子移動率電晶體(HEMT)裝置，其包含：一閘極電極；一源極電極和一汲極電極；一系列的第三族氮化物層，其形成一鎵面堆疊，該鎵面堆疊具有一最上層及一通道層，該通道層與該源極和汲極電極形成歐姆接觸；一介電層，其位於該最上層上，並位於該裝置的一存取區域上方；一通道空乏部分，其介於該閘極電極及該鎵面堆疊的該最上層之間，其中該通道空乏部分並未一路延伸至該源極電極；以及一電荷增強第三族氮化物層，其位於該介電層及該最上層之間，並且圍繞該通道空乏部分。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中一2DEG形成在該裝置之該通道層的一存取區域中。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之裝置，其中在沒有施加電壓至該閘極電極的情況下，該通道層的一閘極區域並未包含一2DEG，且該裝置為一增強型裝置。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中該通道空乏部分包含一高介電常數之介電質。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中該通道空乏部分是由氮化鋁矽(AlSiN)、五氧化二鉭(Ta2 O5 )、二氧化鉿(HfO2 )或二氧化鋯(ZrO2 )所形成。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中該通道空乏部分朝向該汲極電極延伸部分的路途，但未接觸該汲極電極。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之裝置，更包含一場板，其朝向該汲極電極延伸。
  21. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，更包含一氮化鋁中間層，其介於該最上層及該通道層之間。
  22. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，更包含一氮化鎵層，其介於該電荷增強第三族氮化物層及該最上層之間。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之裝置，其中該最上層為一p型層。
  24. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，更包含一場板。
  25. 一種第三族氮化物高電子移動率電晶體(HEMT)裝置，其包含：一閘極電極；一源極電極和一汲極電極；一系列的第三族氮化物層，其形成一鎵面堆疊，該鎵面堆疊具有一最上層及一通道層，該通道層與該源極和汲極電極形成歐姆接觸；一通道空乏部分，其介於該閘極電極及該鎵面堆疊的該最上層之間，其中該通道空乏部分並未一路延伸至該源極電極；一電荷增強第三族氮化物層，其位於該最上層上方，並圍繞該通道空乏部分；以及一氮化鎵層，其介於該電荷增強第三族氮化物層及該最上層之間。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之裝置，其中在未施加電壓至該閘極電極的情況下，該通道層的一閘極區域並未包含一2DEG，且該裝置為一增強型裝置。
  27. 一種常關式第三族氮化物高電子移動率電晶體(HEMT)裝置，其包含：一上部閘極電極；一源極電極和一汲極電極；一系列的第三族氮化物層，其形成一鎵面堆疊，該堆疊具有一最上層及一通道層，該通道層與該源極和汲極電極形成歐姆接觸，其中該系列的第三族氮化物層包含一P型第三族氮化物蓋層，其鄰接一第三族氮化物型覆蓋層，該第三族氮化物型覆蓋層位於該系列第三族氮化物層的一氮面上，並且位於該覆蓋層中的一孔暴露出一部分的該p型第三族氮化物蓋層；以及一通道空乏部分，其介於該上部閘極電極和該鎵面堆疊的該最上層之間，其中該通道空乏部分並未一路延伸至該源極電極。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之裝置，更包含一p型第三族氮化物型蓋部分，其介於該最上層和該上部閘極電極之間。
  29. 如申請專利範圍第27項所述之裝置，更包含一下部閘極電極，其位於該覆蓋層中的該孔內或與該孔鄰接。
  30. 如申請專利範圍第27項所述之裝置，其中該最上層的一閘極區域經過氟處理。
  31. 一種常關式第三族氮化物高電子移動率電晶體(HEMT)裝置，其包含：一上部閘極電極；一源極電極和一汲極電極；一系列的第三族氮化物層，其形成一鎵面堆疊，該堆疊具有一最上層及一通道層，該通道層與該源極和汲極電極形成歐姆接觸，其中該系列的第三族氮化物層包含一下部第三族氮化物層，該下部第三族氮化物層鄰接一第三族氮化物型覆蓋層，該第三族氮化物型覆蓋層位於該系列第三族氮化物層的一氮面上，並且位於該覆蓋層中的一孔暴露出一部分的該下部第三族氮化物層；以及一通道空乏部分，其介於該上部閘極電極和該鎵面堆疊的該最上層之間，其中該通道空乏部分並未一路延伸至該源極電極；其中在該閘極區域中的該最上層或該下部第三族氮化物層的該暴露部分之至少其中一者經過氟處理。
  32. 一種常關式第三族氮化物高電子移動率電晶體(HEMT)裝置，其包含：一閘極電極；一源極電極和一汲極電極；一系列的半極性或非極性第三族氮化物層，其具有一最上層及一通道層，該通道層與該源極和汲極電極形成歐姆接觸；以及一通道空乏部分，其介於該閘極電極和該氮面堆疊的該最上層之間，其中該通道空乏部分並未一路延伸至該源極電極。
  33. 如申請專利範圍第32項所述之裝置，其中該最上層是n型摻雜。
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