TWI460857B - 可靠之常關型iii族－氮化物主動裝置結構，以及相關方法與系統 - Google Patents
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Description
本發明涉及電子裝置，更具體而言涉及半導體裝置和相關方法，最尤其涉及III族－N型裝置，其中通過圖形化的摻雜劑離子既可獲得增強模式裝置又可獲得耗盡模式裝置。
其他申請案的交叉引用
本申請案主張2007年8月3日申請的美國臨時專利申請案No.60/953,808的優先權，其在此引用作為參考。
許多場效電晶體(FET)在不施加閘極電壓時以ON(開通)狀態操作，這些電晶體稱為“耗盡模式”。“增強模式”FET是指在不施加閘極電壓時處於OFF(關斷)狀態的FET。
半導體裝置的一個重要研究領域是尋找使用帶隙比矽寬的材料的半導體技術。帶隙更寬的材料有可能在更高的溫度和更高的崩潰電壓下操作。已經在III－V族化合物半導體(例如GaAs)和相關化合物(InP，AlGaAs等)方面投入了多年的研究和開發。
近年來，“III族－N”半導體已經成為得到著重開發的領域。GaN提供了第一個藍光LED，這種LED現在正商業使用。電晶體或其他主動裝置在這種材料領域的開發是
非常有吸引力的，這是因為可以得到大的帶隙(例如對於GaN而言是3.4V，AlGaN合金則更高)。
實現III族－N主動裝置的困難在於缺乏增強模式裝置。本發明人及同事使用氟佈植將固定電荷引入類HEMT裝置的頂(較寬帶隙)層而在此領域實現了關鍵性突破。這些技術在公開的美國專利申請案2007－0295993、2007－0228416及2007－0278518中有記載，這些專利申請案在此全文引用以備各種需要。
注意，下面討論的方面可能反映從所披露的發明得到的後見之明，但不一定承認其屬於現有技術。
本發明人已經認識到在施加電壓應力的情況下在上述類型的裝置中可發生閾值電壓漂移。本申請案在各種實施例中教導了通過使用雙閘(dual－gate)增強/耗盡裝置，尤其是如果所述閘極以疊接(cascode)組態連接，可以防止這種電壓漂移。這樣提供了更可靠和穩定的裝置，代價僅僅是裝置驅動能力的些微退化。
圖1為包含本發明的至少一個教導的場效電晶體100的橫截面示意圖。場效電晶體100包括HEMT(高電子遷移率電晶體)，該HEMT使用異質結構，即具有不同帶隙的兩種材料之間的接面，而不是使用局部摻雜來提供溝道
內的移動電子。該異質結構包括重摻雜的寬帶隙n型施體供給層，其電子完全落到不含有摻雜劑雜質的未摻雜的窄帶隙溝道層中。未摻雜的窄帶隙溝道層隨後容納二維電子氣，即，具有非常高濃度的高度移動性導電電子的極薄層。由於該未摻雜的窄帶隙溝道層未摻雜，電子可以快速移動而不與任何雜質碰撞。由不同帶隙的材料形成的異質接面在未摻雜的窄帶隙溝道層側在導帶內形成陡峭峽谷，電子無法從該峽谷逃逸。可以包含緩衝層。
帶負電的氟離子併入頂AlGaN壘層(barrier)內，這有效地耗盡溝道內的電子。對於常關型III－V族FET製作中氟電漿處理的實際實施，重要的是保證氟離子的穩定性，確保氟離子在長時間的電應力之後不會到處移動。假設氟離子不由於強電場與/或熱應力而遷移，場效電晶體100在裝置操作期間具有保持穩定的閾值電壓，特別是在高電場電應力或者高溫熱應力下。當閘極電壓為零時，增強模式(或常關型)電晶體的溝道電流為零，這種電晶體通常更適合用於功率電子裝置或邏輯電路中的FET。常開型(耗盡模式)裝置在零閘極偏壓時保持開通，在負閘極偏壓時關斷。該異質接面或者二維電子氣(2DEG)為費米能級高於導帶的薄層，使溝道具有低電阻或高電子遷移率。當然可以使用其他化合物。GaN、AlN、AlInN、AlGaN、InGaN、InAlGaN或其組合，可分別摻雜有例如矽，分別包含一層或多層；區域可通過間隔物分隔。
例如，閘極102長度為1μm，與源極104相隔距離
1μm(閘極－源極間隔)且與汲極106相隔距離3μm(閘極－汲極間隔)。裝置無需鈍化。Vth、Imax、Gm和Ron的初始值可分別為＋1.02 V、240 mA/mm、135 mS/mm和11.9 Ωmm。在應力測試之前，關斷狀態崩潰電壓(VBK)約為60 V。場效電晶體100具有開通狀態和關斷狀態。當裝置被使用時，VDS可以為例如15 V、30 V、45 V或其他值。閘極－源極電壓VGS在關斷狀態下可以固定在－2 V(低於夾斷電壓)，且在開通狀態下可以固定在2 V(對應於150 mA/mm的汲極電流密度)。高質量III－V族裝置基板和主動裝置以及緩衝層可以通過分子束磊晶(MBE)、金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)、氣相磊晶及其變型來磊晶生長。
圖2為包括本發明至少一個教導之製造場效電晶體的方法的流程圖。圖2的方法包括將原生的(as grown)耗盡模式(D模式)III族－氮化物HEMT結構轉變成E－模式。具體而言，該方法包括耗盡溝道中的電子而不顯著影響載流子遷移率202。例如，帶負電的氟離子可以併入頂AlGaN壘層，204，以生成含氟離子的E模式閘極。也可以產生不含氟離子但具有高電場的D模式閘極，206。
E模式閘極和D模式閘極可以按照疊接(cascode)連接方式連接。甚至在高汲極電壓下，也可以遮擋氟離子使其不受高電場影響，210。如果需要，可以使用以源極端接的(source terminated)或閘極端接(gate terminated)的場板(field plate)，212，以減小E模式閘極的汲極
邊緣的電場強度。
圖3是包括本發明至少一個教導使用場效電晶體的方法的流程圖，所述場效電晶體例如是通過氟電漿處理的E模式AlGaN/GaN HEMT。關於圖3所描述的方法通過施加關斷狀態和開通狀態長期高電場應力，測試增強模式的AlGaN/GaN HEMT(通過氟電漿處理技術製造)的可靠性，關注在高電場應力下Vth的穩定性。
在288小時的應力後，觀察到閾值電壓有適中的負漂移(－0.25V)。然而，該漂移可以用增強/耗盡雙閘組態來消除，該組態有效地防止了高電場影響經氟電漿處理的區域。
具有正的閾值電壓(Vth)之增強模式(或常關型)III族－氮化物HEMT是用於高速功率開關、高溫GaN積體電路和具有單電壓源的RFIC和MMIC的關鍵部件。它們提供的優點有電路組態簡單以及對於裝置安全性而言良好的操作條件。已經開發了耐用且低成本的技術，即基於氟化物的電漿處理[2]，用於將原生的耗盡型(D－模式)III族－氮化物HEMT結構的溝道轉變成E模式。
E模式HEMT使用氟電漿處理技術製作，特徵為閘極長度1μm，閘極－源極間隔1μm，閘極－汲極間隔3μm。為了使分析簡單，這種裝置未鈍化。Vth、Imax、Gm和Ron的初始值分別為＋1.02 V、240 mA/mm、135 mS/mm和11.9 Ωmm。關斷狀態崩潰電壓(VBK)在應力測試之前是約60 V。帶負電的氟離子併入頂AlGaN壘層中(302
)，這有效耗盡了溝道中的電子。為了高電場電應力下或高溫熱應力下實際實施氟電漿處理，裝置操作期間氟離子的穩定性和可靠性以及閾值電壓穩定性得到解決。
選擇一組測試條件，包括VDS的偏壓，閘極－源極電壓VGS以及時間間隔。具體而言，從15V、30V和45V選擇VDS的偏壓，並且從開通和關斷選擇狀態。閘極－源極電壓VGS在關斷狀態固定308在－2V(在夾斷電壓以下)，在開通狀態固定在2V(對應於150 mA/mm的汲極電流密度)。
在310，E模式HEMT以所選VDS的偏壓在選定狀態下受到應力持續48小時。在開始應力之後以每12小時的階段測量312和記錄DC特性。在所選的時間間隔，144小時、196小時和288小時，裝置在沒有施加電應力的情況下“休息”24小時，之後進行DC特性測量。如果所有組測試條件還未被執行，則選擇另一組測試條件316。
圖4a和4b分別是根據圖3的方法在144小時關斷狀態應力之前和之後，E模式HEMT的源極－汲極輸出特性和轉移特性圖。在應力之後的特性包括在應力之後立即測得的特性以及在24小時無應力的休息之後測得者。
圖5a和5b分別是根據圖3的方法，在額外的148小時開通狀態應力之前和之後E模式HEMT的源極－汲極輸出特性和轉移特性。在應力之後的特性包括在應力之後立即測量的特性以及在24小時無應力的休息之後測得者。
圖6a是根據圖3的方法，DC特性(Vth，Imax，Gm，Ron)與高電場應力時間的函數關係圖。實心的符號是在應力之後立即測量的結果。空心的符號是在24小時無應力的休息之後測量的結果。圖6b是DC特性(Vth，Imax，Gm，Ron)與熱應力時間之間的函數關係圖。應力溫度是350℃。在整個應力過程的各種時間，在樣品被冷卻之後在室溫下執行測量。
關於圖4a、4b、5a、5b、6a、6b，在144小時的關斷狀態加上144小時的開通狀態高場應力之後，觀察到Vth經歷了逐漸的但是持續的高場誘導的負漂移(從1.02V到0.77V)。Vth的這種負漂移不能通過無應力的休息來恢復，而開通狀態電阻(Ron)的退化可以在休息之後恢復。也發現了Vth、Ron、最大汲電流密度Imax和峰值跨導Gm在350℃的153小時的熱應力期間是穩定的，暗示了併入氟離子的III族－氮化物材料之極好的熱穩定性。
圖7a是包括本發明至少一個教導的雙閘MOSFET(金屬氧化物半導體場效電晶體)700的示意性截面圖。雙閘(“DG”)HEMT基於E模式閘極和D模式閘極的疊接連接，並且通過將E模式閘極與高電場物理分開產生了改善的穩定性和可靠性。雙閘MOSFET 700以疊接佈置排列，公共源極FET(即，具有接地源極端子708的FET)由信號源Vin驅動，並且公共閘極FET(即，具有接地閘極端子的FET)提供輸出信號Vout。公共源極FET具有汲
極，公共閘極FET具有源極，它們在HEMT溝道720(指示為二維電子氣)內耦合到一起。雙閘MOSFET 700也包括Ti/Al/Ni/Au歐姆接觸722，2.5μm GaN 724，氟離子726，和藍寶石730。由於Vth的偏移是E模式HEMT的閘極區域中存在高電場引起的，E模式閘極和高電場的物理分離可以產生改善的穩定性和可靠性。為了提高Vth的可靠性，如所示製造了基於E模式閘極和D模式閘極的疊接連接的雙閘(DG)HEMT。
然而，在圖7a的雙閘MOSFET 700中，公共源極FET在增強模式下操作。公共源極FET包括：由信號源Vin驅動的第一閘極704；HEMT溝道內的增強模式部分706，其被閘控以通過第一閘極開通和關斷；以及接地源極端子708。第一閘極704或者第一閘極端子由諸如鎳、金、鎳/金合金或者其他導電材料製造。增強模式FET包括增強模式部分和耗盡模式部分。
增強模式部分706具有***元素，其可耗盡第一閘極附近的半導體溝道。該***元素例如可以包括氟離子726；增強模式可通過佈植氟離子726實現。半導體溝道720的耗盡模式部分706至少部分遮擋***元素，使得***元素並不回應於耗盡模式部分處的電場和/或熱應力而從增強模式部分顯著遷移。
公共閘極FET，即，耗盡模式FET，具有第二閘極710或者第二閘極端子，其由諸如鎳、金、鎳/金合金的材料或其他導電材料製成，並且保持在基本固定的電位，例
如地電位(作為公共閘極)。例如，第二閘極710可以電耦合到該場效電晶體的源極端子。
第二閘極710電耦合到固定電位，例如地電位。第二閘極710可包括場板。如果需要，第二閘極710可以電耦合到第一閘極704。
耗盡模式FET也具有由第二閘極710閘控的耗盡模式部分712，其在耗盡模式下(沒有任何氟離子726併入AlGaN層中)固有地操作，並且可用於遮擋第一閘極704使其免受電壓應力。該耗盡模式FET也具有輸出汲極714。
遮擋氟離子726，或者其他可能需要的***元素，使其不受可能在耗盡模式部分附近或者輸出汲極714附近遇到的高電場應力的影響。因此，氟離子726不被這種應力驅離或移動，保持在原地，保持了公共源極FET的增強模式。由於MOSFET 700的閾值電位(即，閾值電壓)主要由公共源極FET保持在增強模式的能力控制，MOSFET 700在耗盡模式部分存在電場應力時具有基本穩定的閾值電位。圖7b示出了單閘和雙閘增強模式裝置中的等勢圖。峰值電場位於雙閘裝置中D模式閘極的邊緣(遠離E模式閘極和氟離子)。
該疊接佈置的輸出在電學上和物理上都有效地與輸入隔離，因此非常穩定。增強模式電晶體在源極和汲極都具有幾乎恆定的電壓。耗盡模式電晶體在其閘極和源極具有幾乎恆定的電壓。因此，具有顯著電壓的節點僅僅是輸入
和輸出，且這些節點被幾乎恆定電壓的中央連接分開並被兩個電晶體的物理距離分開。因此，在實踐中，從輸出到輸入幾乎沒有反饋。有效並且容易在兩個電晶體之間提供金屬遮擋，甚至在需要更大的隔離時。
該E/D疊接連接的DG HEMT結構提供了高電場應力下E模式HEMT的Vth的穩定性。D模式閘極存在於E模式閘極和汲極之間，並且電連接到源極，在高電壓裝置操作期間有效地遮擋E模式閘極(被氟電漿處理之處)使其不受高電場影響。在應力之後在DG HEMT中沒有觀察到Vth的持續負偏移。此外，E/D DG HEMT顯示出更高的功率增益，這是因為反饋電容減小以及輸出電阻增大。
關斷狀態和開通狀態，在有高電場應力時，都導致Vth的逐漸負偏移。在24小時的無應力的休息之後，這種偏移甚至還持續，表明發生了閾值電壓的高電場誘導的負漂移。這也暗示了能夠找到通過遮擋氟電漿處理的區域使其不受高電場影響來改善Vth的穩定性的解決方案。
關斷狀態和開通狀態應力都導致Ron的退化。然而，這種退化在無應力的休息後恢復，甚至最終得到改善(更小的Ron)。這種恢復趨勢與傳統D模式HEMT報告的一致，當然Vth的負偏移也通過呈現更小的溝道電阻來貢獻。在應力下，Imax和Gm都遭受微小的退化，但是在無應力的休息之後恢復，此為Ron減小的結果。
長期高場應力後閾值電壓的負偏移暗示了在閘極區域因應力發生了某些變化。帶負電的氟離子在電應力期間經
歷了強的庫倫力，這導致這些離子從閘極邊緣物理遷移。閘極區域中帶負電的氟離子的減少隨後可能導致Vth的負偏移。需要氟離子的電應力誘導遷移的直接觀察來確定這種論點。
E模式HEMT的熱應力測試是通過在真空中將裝置放置在350℃的熱臺上長達153小時來進行的。在不同的時間，將裝置取出並且冷卻至室溫，在室溫下進行dc測試。沒有觀察到Vth、Imax、Gm和Ron有明顯的退化。
圖1的HEMT是高效GaAs增強/耗盡(E/D)型雙閘(DG)高電子遷移率FET(HEMT)，其可以用小的單一偏壓源來操作，而具有大的輸出阻抗，大約比單閘FET大一個數量級。它可以具有小的反饋電容，這是因為第二閘極遮擋了從汲極到第一閘極的信號反饋，改善了輸入端子和輸出端子之間的隔離，改善了輸入－輸出特性的線性度，並且改善了裝置增益。它具有小的相位失真，因為公共源極FET和公共閘極FET中的相位偏移極性相反。最後，它具有大的設計靈活性，因為第一閘極具有高增益，第二閘極具有高崩潰電壓。
圖8是操作併有本發明至少一個教導的場效電晶體的方法的流程圖。該方法包括從開通狀態和關斷狀態進行選擇802。在開通狀態，該方法包括驅動804第一閘極以開通被調適成在增強模式下操作的半導體溝道的第一部分。該方法也包括使電流流過806該溝道的第二耗盡模式部分。該電流和溝道由第二閘極閘控，該第二閘極在疊接組態
中保持在基本固定的電位。在關斷狀態，該方法包括關斷808半導體溝道的第一部分，而仍然將第二閘極保持在固定電位，其中溝道的第二部分遮擋第一閘極使其不受電壓應力的影響。
圖9a是E模式單閘和圖7的E/D雙閘HEMT的從源極到汲極的電場強度分佈圖。使用了ISE的Santaurus模擬器進行該模擬。VDS設定為50V。在雙閘裝置中，峰值電場發生在D模式閘極(而不是有負離子的E模式閘極)的汲極側。如模擬結果所示，電場峰值在E/D DG裝置的D模式閘極的邊緣處。
圖9b示出了E/D雙閘HEMT的dc源極－汲極輸出特性。圖9c示出了雙閘裝置與單閘裝置相比，短路電流增益(h21)和最大穩定/最大可得增益(MSG/MAG)。雙閘HEMT顯示了改善的功率增益，這是因為輸出電阻增加，並且反饋電容減小。
該E/D DG HEMT的閾值電壓表現出穩定性得到很大改善，沒有持續的負偏移。對於E/D雙閘HEMT和D模式單閘HEMT(其不受氟電漿處理)，Vth與電應力時間的函數關係趨勢非常接近。與單閘裝置比較，雙閘HEMT也顯示出相當的dc性能以及改善的高頻功率增益，這是因為反饋電容減小並且輸出電阻增大。
圖9d的曲線圖示出在單閘和雙閘E模式HEMT中Vth的變化與高場應力時間之間的函數關係。也繪出了D模式單閘HEMT的結果供比較。在高電場應力下在經氟電
漿處理的增強模式HEMT中觀察到Vth的適度負偏移。該裝置在持續153小時的350℃的熱應力下是穩定的。E/D雙閘HEMT被證明在防止Vth的偏移及改善其可靠性方面是有效的，這是通過用D模式閘極遮擋E模式閘極使其不受高電場影響來實現的。
已經描述了多個實施方式和實施例。然而將理解，在本揭示範圍內可以替換其他實施方式和實施例。例如，場效電晶體不一定包含HEMT，可以使用其他類型的電晶體。
因此，已經結合若干示例性實施例描述了本發明，不過應理解，所使用的詞語是用於描述和說明而非用於限制。在目前陳述的以及修改的申請專利範圍內可以進行變化而不背離本發明的範圍和精神。儘管已經參考具體手段、材料和實施例描述了本發明，本發明並不限於所披露的細節；相反，本發明涵蓋，例如，在所附申請專利範圍之內的所有功能等同的結構、方法和用途。
然而應注意，所附圖式僅僅說明所主張的主題的典型實施例，且因此不應視為限制所主張的主題的範圍，因為所主張的主題可以採用其他同樣有效的實施例。
根據各種揭示的實施例，提供了一種場效電晶體，其包括：第一閘極；第二閘極，以疊接組態保持在基本固定的電位；以及具有增強模式部分和耗盡模式部分的半導體溝道，該增強模式部分被閘控以由所述第一閘極開通和關斷，該增強模式部分已經調適為在增強模式下操作，該耗
盡模式部分由所述第二閘極閘控，該耗盡模式部分已經調適為在耗盡模式下操作並且用於遮擋第一閘極使其不受電壓應力影響。
根據各種揭示的實施例，提供了一種III族－N型半導體材料的主動裝置結構，包括：第一和第二導電源極/汲極區域，定位成連接到III族－N型半導體溝道的不同位置；以及第一和第二閘極端子，每一個都電容性耦合到所述源極/汲極區域之間的所述溝道的不同相應部分；對於所述第一和第二閘極端子，所述溝道具有符號相反的不同的相應閾值電壓。
根據各種揭示的實施例，提供了一種操作場效電晶體的方法，該方法包括：在開通狀態下，驅動第一閘極以開通已經調適成在增強模式操作的半導體溝道的第一部分，同時也使電流流過所述溝道的第二耗盡模式部分，該第二耗盡模式部分被疊接組態的、保持在基本固定的電位的第二閘極閘控；在關斷狀態，關斷所述半導體溝道的所述第一部分，而仍然保持所述第二閘極處於所述固定電位，其中所述溝道的所述第二部分遮擋所述第一閘極使其不受電壓應力影響。
根據各種揭示的實施例，提供了一種操作III族－N場效電晶體的方法，該方法包括：在開通狀態，驅動第一閘極以開通III族－N半導體溝道的第一部分，同時也使電流流過所述溝道的第二部分，該第二部分由保持在基本固定電壓的第二閘極閘控；並且在關斷狀態，關斷所述半導體
溝道的所述第一部分，而仍然將所述第二閘極保持在所述固定電位；其中所述溝道的所述第一部分，但不是所述溝道的所述第二部分，耦合到局域化的固定電荷；由此所述第二閘極的操作限制所述局域化電荷上的電壓應力。
根據各種揭示的實施例，提供了一種基於氟化物的電漿方法，用於將原生的耗盡模式(D模式)III族－氮化物HEMT結構轉換成E模式，該基於氟化物的電漿方法包括：耗盡溝道中的電子，而不顯著影響載流子遷移率，包括將帶負電的氟離子併入頂AlGaN壘層中，實施不包含氟離子但具有高電場的D模式閘極；實施不包含氟離子但具有高電場的D模式閘極；將可調適的D模式閘極轉換成含有氟離子的E模式閘極；佈置E模式閘極和D模式閘極的疊接連接；以及甚至在高汲極電壓的情況下，遮擋氟離子使其不受高電場影響。
根據各種揭示的實施例，提供了一種場效電晶體，其包括第一閘極，疊接組態的、保持在基本固定電位的第二閘極，以及半導體溝道。該半導體溝道具有增強模式部分和耗盡模式部分。增強模式部分被閘控以通過第一閘極開通和關斷，並且已經被調適成在增強模式下操作。該耗盡模式部分由第二閘極閘控，並且已經被調適成在耗盡模式下操作並且用於遮擋第一閘極使其不受電壓應力影響。
本領域技術人員將意識到，本申請案中描述的創新概
念可以在許多應用範圍上進行調整和變型，因此專利主題的範圍不限於所給出的任何具體示範性教導。本申請案旨在包括落在所附申請專利範圍的精神和寬廣範圍內的所有備選方案、調整和變型。
例如，可以使用各種幾何結構來佈置第一和第二閘極及源極/汲極區域。
另一個例子為，源極區和汲極區的輪廓可以不同或類似。
此外，可以使用各種擴散或金屬化結構來控制源極/汲極區附近電場最大值(關斷狀態下)的分佈和電流最大值(在開通狀態下)的分佈。
例如，所用的材料不嚴格限於優選實施例的AlGaN/GaN組合。隨著該技術的發展，預期所揭示的創新教導可以應用於具有類似行為的其他半導體合金。
又一個例子是，所揭示的教導不嚴格限於HEMT型裝置，也可以用於IGFET或者甚至IGFET/HEMT混合體。
所揭示的創新提供了FET型電流注入結構的基礎創新。本領域技術人員可以理解，這種注入結構可用於多種更複雜的裝置，包括部分雙極裝置和單極裝置。
本申請案的說明書不應解讀為意味著任何具體元素、步驟或功能是必需包含在申請專利範圍之範圍內的基本要素：專利主題的範圍僅僅由被准予專利的申請專利範圍來限定。此外，所有這些權利要求均不涉及35 USC第112條第6項，除非確實出現“用於…的手段(means for)”。
所提交的申請專利範圍是盡可能全面的，沒有任何主題有意被撤回、奉獻、或者放棄。
100‧‧‧場效電晶體
102‧‧‧閘極
104‧‧‧源極
106‧‧‧汲極
202‧‧‧耗盡溝道中的電子而不顯著影響載流子遷移率
204‧‧‧帶負電的氟離子併入頂AlGaN壘層中以產生含氟離子的E模式閘極
206‧‧‧產生不含氟離子但具有高電場的D模式閘極
208‧‧‧將E模式閘極和D模式閘極以疊接連接方式連接
210‧‧‧遮擋氟離子使其即使在高汲極電壓下也不受高電場影響
212‧‧‧可以使用源極端接或閘極端接的場板，以減小E模式閘極的汲極邊緣的電場強度
302‧‧‧將帶負電的氟離子併入頂AlGaN壘層，有效地耗盡溝道中的電子
304‧‧‧從15V、30V和45V選擇VDS的偏壓
306‧‧‧從開通狀態和關斷狀態選擇狀態
308‧‧‧在關斷狀態將閘極－源極電壓VGS固定在－2V(在夾斷電壓之下)在開通狀態將其固定在2V(對應於150mA/mm的汲極電流密度)
310‧‧‧在選定狀態下在VDS的選定偏壓下使E模式HEMT受應力48小時
312‧‧‧在應力開始後，以每12小時的階段測量和記錄DC特性
314‧‧‧在應力期間的各種時間間隔，使裝置在不施加任何電應力的情況下休息24小時，之後進行更多DC特性測量
316‧‧‧繼續電應力和DC特性
700‧‧‧雙閘MOSFET
704‧‧‧第一閘極
706‧‧‧增強模式部分
708‧‧‧接地源極
710‧‧‧第二閘極
712‧‧‧耗盡模式部分
714‧‧‧輸出汲極
720‧‧‧HEMT溝道
722‧‧‧Ti/Al/Ni/Au歐姆接觸
724‧‧‧2.5 μm GaN
726‧‧‧氟離子
730‧‧‧藍寶石
802‧‧‧從開通狀態和關斷狀態選擇
804‧‧‧驅動第一閘極以開通被調適成在增強模式下操作的半導體溝道的第一部分
806‧‧‧使電流流過溝道的第二耗盡模式部分，該第二耗盡模式部分由在疊接組態中保持在基本固定電位的第二閘極閘控
808‧‧‧關斷半導體溝道的第一部分，而仍然將第二閘極保持在固定電位
下述圖式形成說明書的一部分且被包含以進一步演示所主張的主題的特定方面，且不應用於限制或定義所主張的主題。因此，通過結合所附圖式閱讀本案說明，可以更加全面地理解本發明實施例及其另外特徵和優點，其中元件符號數字中最左一位有效位數表示首次出現各元件符號數字的圖號，圖式中：圖1為包括本發明至少一個教導的場效電晶體100的橫截面示意圖；圖2為包括本發明至少一個教導的製造場效電晶體的方法的流程圖；圖3為包含本發明至少一個教導的使用場效電晶體(例如通過氟電漿處理的E模式AlGaN/GaN HEMT)的方法的流程圖；圖4a和4b分別為根據圖3的方法，在144小時關斷狀態應力之前和之後E模式HEMT的源極－汲極輸出特性和轉移特性。
圖5a和5b分別是根據圖3的方法，在額外的148小時開通狀態應力之前和之後E模式HEMT的源極－汲極輸出特性和轉移特性。
圖6a是根據圖3的方法，DC特性(Vth，Imax，Gm
及Ron)與高電場應力時間之間的函數關係圖。
圖6b是DC特性(Vth，Imax，Gm，Ron)與熱應力時間之間的函數關係圖。應力溫度是350℃。在整個應力過程的各個時間在樣品冷卻後，在室溫下進行測量。
圖7a是包括本發明至少一個教導的雙閘MOSFET(金屬氧化物半導體場效電晶體)700的橫截面示意圖。
圖7b示出了單閘和雙閘增強模式裝置中的等勢圖。
圖8是包括本發明至少一個教導的操作場效電晶體的方法的流程圖。
圖9a是E模式單閘和根據圖7的E/D雙閘HEMT的從源極到汲極的電場強度分佈圖。
圖9b示出了E/D雙閘HEMT的dc源極－汲極輸出特性。
圖9c示出了雙閘裝置與單閘裝置相比，短路電流增益(h21)和最大穩定/最大可得增益(MSG/MAG)。
圖9d的曲線圖示出在單閘和雙閘E模式HEMT中Vth的變化與高場應力時間之間的函數關係。
700‧‧‧雙閘MOSFET
704‧‧‧第一閘極
706‧‧‧增強模式部分
708‧‧‧接地源極
710‧‧‧第二閘極
712‧‧‧耗盡模式部分
714‧‧‧輸出汲極
720‧‧‧HEMT溝道
722‧‧‧Ti/Al/Ni/Au歐姆接觸
724‧‧‧2.5 μm GaN
726‧‧‧氟離子
730‧‧‧藍寶石
Claims (19)
- 一種場效電晶體，包括：第一閘極；第二閘極，保持在基本上固定電位；以及半導體溝道，包含：增強模式部分，其被閘控以由所述第一閘極開通和關斷，所述增強模式部分已經調適成以增強模式操作，以及耗盡模式部分，由所述第二閘極閘控，所述耗盡模式部分已經調適成以耗盡模式操作且用於遮擋所述第一閘極使其免受電壓應力。
- 如申請專利範圍第1項之場效電晶體，其中：所述增強模式部分還具有放置用來耗盡所述第一閘極附近半導體溝道的固定電荷。
- 如申請專利範圍第2項之場效電晶體，其中：耗盡模式部分位於該場效電晶體的增強模式部分和汲極之間；並且所述固定電荷至少部分被所述半導體溝道的耗盡模式部分遮擋，使得固定電荷不會因為耗盡模式部分下的電場和/或熱應力而從所述增強模式部分偏離開。
- 如申請專利範圍第1項之場效電晶體，其中場效電晶體在所述耗盡模式部分處在電場應力下時具有基本穩定的閾值電壓。
- 如申請專利範圍第1項之場效電晶體，其中所述第 二閘極電耦合到該場效電晶體的源極。
- 如申請專利範圍第1項之場效電晶體，其中所述第二閘極是場板(field plate)。
- 一種III族-N型半導體材料的主動裝置結構，包括：第一和第二導電源極/汲極區域，定位成連接到III族-N型半導體溝道的不同位置；以及第一和第二閘極，各電容性耦合到所述源極/汲極區域之間的所述溝道的不同相應部分；對於所述第一和第二閘極，所述溝道具有符號相反的不同的相應閾值電壓，其中所述第一和第二閘極之一連接到可變電壓，另一個連接到固定電壓。
- 如申請專利範圍第7項之結構，其中所述溝道基本由GaN組成。
- 如申請專利範圍第7項之結構，其中所述第一和第二閘極通過比所述溝道帶隙更寬的半導體層與所述溝道分開。
- 一種場效電晶體的操作方法，包括：在開通狀態，驅動第一閘極以開通半導體溝道的第一部分，所述第一部分已經調適成以增強模式操作，同時還使電流流過所述溝道的第二耗盡模式部分，該第二耗盡模式部分由第二閘極閘控，所述第二閘極在疊接組態中保持在基本上固定的電位；以及在關斷狀態，關斷所述半導體溝道的所述第一部分， 而仍將所述第二閘極保持在所述固定電位，其中所述溝道的所述第二部分遮擋所述第一閘極使其免受電壓應力。
- 如申請專利範圍第10項之方法，其中所述溝道基本由GaN組成。
- 如申請專利範圍第10項之方法，其中所述第一和第二閘極之一連接到可變電壓，另一個連接到固定電壓。
- 如申請專利範圍第10項之方法，其中所述第一和第二閘極通過帶隙比所述溝道寬的半導體層與所述溝道分開。
- 一種操作III族-N場效電晶體之方法，包括：在開通狀態，驅動第一閘極以開通III族-N半導體溝道的第一部分，同時還使電流流過所述溝道的第二部分，該第二部分由第二閘極閘控，所述第二閘極保持在基本上固定的電壓；以及在關斷狀態，關斷所述半導體溝道的所述第一部分，而仍將所述第二閘極保持在所述固定電位；其中所述溝道的所述第一部分受到局域化固定電荷的控制，但所述溝道的所述第二部分不受到局域化固定電荷的控制；由此所述第二閘極的操作限制所述局域化固定電荷上的電壓應力。
- 如申請專利範圍第14項之方法，其中所述溝道主要由GaN組成。
- 如申請專利範圍第14項之方法，其中所述第一和 第二閘極之一連接到可變電壓，另一個連接到固定電壓。
- 如申請專利範圍第14項之方法，其中所述第一和第二閘極通過帶隙比所述溝道寬的半導體層與所述溝道分開。
- 一種基於氟化物的電漿方法，用於將原生耗盡模式III族-氮化物HEMT結構的溝道轉變為增強模式，所述基於氟化物的電漿方法包括：耗盡溝道內的電子而不顯著影響載流子遷移率，包括將帶負電的氟離子併入頂AlGaN壘層(barrier)內；形成不包含氟離子但處於高電場的耗盡模式閘極；形成不包含氟離子但處於高電場的可調適耗盡模式閘極；將所述可調適耗盡模式閘極轉變為包含氟離子的增強模式閘極；佈置所述增強模式閘極和所述耗盡模式閘極的疊接連接；以及遮擋氟離子使其免受高電場影響，即使是在高的汲極電壓之下，其中所述增強模式閘極和所述耗盡模式閘極之一連接到可變電壓，另一個連接到固定電壓。
- 如申請專利範圍第18項之方法，還包括：形成源極端接或者閘極端接的場板，以減小增強模式閘極的汲極邊緣的電場強度。
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| GB0227346D0 (en) * | 2002-11-22 | 2002-12-31 | Chiron Spa | 741 |
| US7501669B2 (en) | 2003-09-09 | 2009-03-10 | Cree, Inc. | Wide bandgap transistor devices with field plates |
| US9773877B2 (en) | 2004-05-13 | 2017-09-26 | Cree, Inc. | Wide bandgap field effect transistors with source connected field plates |
| US11791385B2 (en) | 2005-03-11 | 2023-10-17 | Wolfspeed, Inc. | Wide bandgap transistors with gate-source field plates |
| US7932539B2 (en) * | 2005-11-29 | 2011-04-26 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Enhancement-mode III-N devices, circuits, and methods |
| US7972915B2 (en) * | 2005-11-29 | 2011-07-05 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Monolithic integration of enhancement- and depletion-mode AlGaN/GaN HFETs |
| US8044432B2 (en) * | 2005-11-29 | 2011-10-25 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Low density drain HEMTs |
| US7795642B2 (en) * | 2007-09-14 | 2010-09-14 | Transphorm, Inc. | III-nitride devices with recessed gates |
| US7915643B2 (en) | 2007-09-17 | 2011-03-29 | Transphorm Inc. | Enhancement mode gallium nitride power devices |
| US20090072269A1 (en) * | 2007-09-17 | 2009-03-19 | Chang Soo Suh | Gallium nitride diodes and integrated components |
| US8497527B2 (en) * | 2008-03-12 | 2013-07-30 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Device having active region with lower electron concentration |
| US8076699B2 (en) * | 2008-04-02 | 2011-12-13 | The Hong Kong Univ. Of Science And Technology | Integrated HEMT and lateral field-effect rectifier combinations, methods, and systems |
| US8519438B2 (en) | 2008-04-23 | 2013-08-27 | Transphorm Inc. | Enhancement mode III-N HEMTs |
| US8289065B2 (en) | 2008-09-23 | 2012-10-16 | Transphorm Inc. | Inductive load power switching circuits |
| US20100084687A1 (en) * | 2008-10-03 | 2010-04-08 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Aluminum gallium nitride/gallium nitride high electron mobility transistors |
| US7898004B2 (en) | 2008-12-10 | 2011-03-01 | Transphorm Inc. | Semiconductor heterostructure diodes |
| US7884394B2 (en) | 2009-02-09 | 2011-02-08 | Transphorm Inc. | III-nitride devices and circuits |
| US8008977B2 (en) * | 2009-04-14 | 2011-08-30 | Triquint Semiconductor, Inc. | Field-plated transistor including feedback resistor |
| US8754496B2 (en) * | 2009-04-14 | 2014-06-17 | Triquint Semiconductor, Inc. | Field effect transistor having a plurality of field plates |
| US8742459B2 (en) | 2009-05-14 | 2014-06-03 | Transphorm Inc. | High voltage III-nitride semiconductor devices |
| US8564020B2 (en) * | 2009-07-27 | 2013-10-22 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Transistors and rectifiers utilizing hybrid electrodes and methods of fabricating the same |
| US8728884B1 (en) * | 2009-07-28 | 2014-05-20 | Hrl Laboratories, Llc | Enhancement mode normally-off gallium nitride heterostructure field effect transistor |
| US8390000B2 (en) | 2009-08-28 | 2013-03-05 | Transphorm Inc. | Semiconductor devices with field plates |
| DE112009005412B4 (de) * | 2009-12-03 | 2021-09-16 | Snaptrack, Inc. | Transistor mit seitlichem Emitter und Kollektor und Herstellungsverfahren |
| US8389977B2 (en) * | 2009-12-10 | 2013-03-05 | Transphorm Inc. | Reverse side engineered III-nitride devices |
| US9263439B2 (en) * | 2010-05-24 | 2016-02-16 | Infineon Technologies Americas Corp. | III-nitride switching device with an emulated diode |
| JP5742159B2 (ja) * | 2010-10-05 | 2015-07-01 | サンケン電気株式会社 | 半導体装置 |
| US8742460B2 (en) | 2010-12-15 | 2014-06-03 | Transphorm Inc. | Transistors with isolation regions |
| US8643062B2 (en) | 2011-02-02 | 2014-02-04 | Transphorm Inc. | III-N device structures and methods |
| US8847408B2 (en) * | 2011-03-02 | 2014-09-30 | International Rectifier Corporation | III-nitride transistor stacked with FET in a package |
| US8772842B2 (en) | 2011-03-04 | 2014-07-08 | Transphorm, Inc. | Semiconductor diodes with low reverse bias currents |
| US8716141B2 (en) | 2011-03-04 | 2014-05-06 | Transphorm Inc. | Electrode configurations for semiconductor devices |
| US9171963B2 (en) * | 2011-04-11 | 2015-10-27 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Electrostatic discharge shunting circuit |
| US8901604B2 (en) | 2011-09-06 | 2014-12-02 | Transphorm Inc. | Semiconductor devices with guard rings |
| US9257547B2 (en) | 2011-09-13 | 2016-02-09 | Transphorm Inc. | III-N device structures having a non-insulating substrate |
| JP6014984B2 (ja) * | 2011-09-29 | 2016-10-26 | 富士通株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| US8598937B2 (en) | 2011-10-07 | 2013-12-03 | Transphorm Inc. | High power semiconductor electronic components with increased reliability |
| JP5864214B2 (ja) * | 2011-10-31 | 2016-02-17 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置 |
| US9165766B2 (en) | 2012-02-03 | 2015-10-20 | Transphorm Inc. | Buffer layer structures suited for III-nitride devices with foreign substrates |
| TWI484626B (zh) * | 2012-02-21 | 2015-05-11 | Formosa Epitaxy Inc | 半導體發光元件及具有此半導體發光元件的發光裝置 |
| JP6054620B2 (ja) * | 2012-03-29 | 2016-12-27 | トランスフォーム・ジャパン株式会社 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
| WO2013155108A1 (en) | 2012-04-09 | 2013-10-17 | Transphorm Inc. | N-polar iii-nitride transistors |
| US9917581B2 (en) * | 2012-05-29 | 2018-03-13 | Nxp Usa, Inc. | Electronic device and method for operating a power switch |
| US9184275B2 (en) | 2012-06-27 | 2015-11-10 | Transphorm Inc. | Semiconductor devices with integrated hole collectors |
| US9160326B2 (en) * | 2012-07-10 | 2015-10-13 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Gate protected semiconductor devices |
| KR101927409B1 (ko) * | 2012-08-07 | 2018-12-10 | 삼성전자주식회사 | 고전자이동도 트랜지스터 |
| KR101919421B1 (ko) | 2012-08-16 | 2018-11-19 | 삼성전자주식회사 | 반도체소자 및 그 제조방법 |
| JP6048026B2 (ja) | 2012-09-20 | 2016-12-21 | 富士通株式会社 | 電源回路及び電源装置 |
| US9184098B2 (en) * | 2012-09-24 | 2015-11-10 | Analog Devices, Inc. | Bidirectional heterojunction compound semiconductor protection devices and methods of forming the same |
| US8723227B2 (en) * | 2012-09-24 | 2014-05-13 | Analog Devices, Inc. | Heterojunction compound semiconductor protection clamps and methods of forming the same |
| US9484418B2 (en) | 2012-11-19 | 2016-11-01 | Delta Electronics, Inc. | Semiconductor device |
| WO2014127150A1 (en) | 2013-02-15 | 2014-08-21 | Transphorm Inc. | Electrodes for semiconductor devices and methods of forming the same |
| US9087718B2 (en) | 2013-03-13 | 2015-07-21 | Transphorm Inc. | Enhancement-mode III-nitride devices |
| US9245993B2 (en) | 2013-03-15 | 2016-01-26 | Transphorm Inc. | Carbon doping semiconductor devices |
| JP6111821B2 (ja) * | 2013-04-25 | 2017-04-12 | 三菱電機株式会社 | 電界効果トランジスタ |
| US9704959B2 (en) * | 2013-05-21 | 2017-07-11 | Massachusetts Institute Of Technology | Enhancement-mode transistors with increased threshold voltage |
| JP6211804B2 (ja) * | 2013-05-30 | 2017-10-11 | トランスフォーム・ジャパン株式会社 | 半導体装置 |
| US9847411B2 (en) | 2013-06-09 | 2017-12-19 | Cree, Inc. | Recessed field plate transistor structures |
| US9755059B2 (en) | 2013-06-09 | 2017-09-05 | Cree, Inc. | Cascode structures with GaN cap layers |
| US9679981B2 (en) * | 2013-06-09 | 2017-06-13 | Cree, Inc. | Cascode structures for GaN HEMTs |
| US9444416B1 (en) * | 2013-06-18 | 2016-09-13 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | Broadband amplifier topology with current shutdown |
| WO2015009514A1 (en) | 2013-07-19 | 2015-01-22 | Transphorm Inc. | Iii-nitride transistor including a p-type depleting layer |
| US9978844B2 (en) | 2013-08-01 | 2018-05-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | HEMT-compatible lateral rectifier structure |
| US9806158B2 (en) | 2013-08-01 | 2017-10-31 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | HEMT-compatible lateral rectifier structure |
| US9318593B2 (en) | 2014-07-21 | 2016-04-19 | Transphorm Inc. | Forming enhancement mode III-nitride devices |
| JP6292104B2 (ja) * | 2014-11-17 | 2018-03-14 | 三菱電機株式会社 | 窒化物半導体装置の製造方法 |
| US9536967B2 (en) | 2014-12-16 | 2017-01-03 | Transphorm Inc. | Recessed ohmic contacts in a III-N device |
| US9536966B2 (en) | 2014-12-16 | 2017-01-03 | Transphorm Inc. | Gate structures for III-N devices |
| KR101750158B1 (ko) * | 2014-12-26 | 2017-06-22 | 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 | Hemt-호환가능 측면 정류기 구조물 |
| CN104779292B (zh) * | 2015-03-23 | 2018-01-09 | 华为技术有限公司 | 隧穿场效应晶体管及其制作方法 |
| US10121712B2 (en) | 2015-04-06 | 2018-11-06 | Drexel University | Accelerated failure test of coupled device structures under direct current bias |
| CN104916685A (zh) * | 2015-06-24 | 2015-09-16 | 无锡晶凯科技有限公司 | 一种硅基GaN HEMTs纵向功率器件及其制作方法 |
| CA3031736A1 (en) * | 2015-07-29 | 2017-02-02 | Circuit Seed, Llc | Complementary current field-effect transistor devices and amplifiers |
| CN106549050A (zh) * | 2015-09-17 | 2017-03-29 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 级联增强型hemt器件 |
| JP6531026B2 (ja) * | 2015-10-20 | 2019-06-12 | 株式会社 日立パワーデバイス | 電力変換装置 |
| US11322599B2 (en) | 2016-01-15 | 2022-05-03 | Transphorm Technology, Inc. | Enhancement mode III-nitride devices having an Al1-xSixO gate insulator |
| US10128232B2 (en) | 2016-05-20 | 2018-11-13 | Synopsys, Inc. | Heterojunction field effect transistor device with serially connected enhancement mode and depletion mode gate regions |
| US10224401B2 (en) | 2016-05-31 | 2019-03-05 | Transphorm Inc. | III-nitride devices including a graded depleting layer |
| CN106876459B (zh) * | 2017-02-22 | 2019-11-05 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | Ⅲ族氮化物hemt模块及其制法 |
| TWI736600B (zh) | 2017-03-31 | 2021-08-21 | 聯穎光電股份有限公司 | 高電子遷移率電晶體 |
| TWI722166B (zh) * | 2017-04-10 | 2021-03-21 | 聯穎光電股份有限公司 | 高電子遷移率電晶體 |
| US11508821B2 (en) | 2017-05-12 | 2022-11-22 | Analog Devices, Inc. | Gallium nitride device for high frequency and high power applications |
| TWI701715B (zh) * | 2017-06-06 | 2020-08-11 | 黃知澍 | N-face III族/氮化物磊晶結構及其主動元件與其積體化之極性反轉製作方法 |
| TWI710134B (zh) * | 2017-07-12 | 2020-11-11 | 聯華電子股份有限公司 | 穿隧場效電晶體及其製作方法 |
| GB2565805B (en) * | 2017-08-23 | 2020-05-13 | X Fab Semiconductor Foundries Gmbh | Noff III-nitride high electron mobility transistor |
| US10777638B1 (en) | 2018-01-04 | 2020-09-15 | Synopsys, Inc. | Constricted junctionless FinFET/nanowire/nanosheet device having cascode portion |
| US10811514B2 (en) * | 2018-03-28 | 2020-10-20 | Semiconductor Components Industries, Llc | Electronic device including an enhancement-mode HEMT and a method of using the same |
| EP3818568A4 (en) * | 2018-07-06 | 2022-08-03 | Analog Devices, Inc. | COMPOSITE DEVICE WITH REAR SIDE FIELD PLATE |
| US10840798B1 (en) | 2018-09-28 | 2020-11-17 | Dialog Semiconductor (Uk) Limited | Bidirectional signaling method for high-voltage floating circuits |
| CN109786256B (zh) | 2019-01-17 | 2021-05-04 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 自对准表面沟道场效应晶体管的制备方法及功率器件 |
| CN109786233B (zh) * | 2019-01-17 | 2021-01-12 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法及功率器件 |
| CN112242443A (zh) * | 2019-07-18 | 2021-01-19 | 联华电子股份有限公司 | 高电子迁移率晶体管及其形成方法 |
| US11522079B2 (en) * | 2019-10-16 | 2022-12-06 | Tower Semiconductor Ltd. | Electrostatically controlled gallium nitride based sensor and method of operating same |
| CN115602723A (zh) * | 2021-07-09 | 2023-01-13 | 长鑫存储技术有限公司（Cn） | 半导体结构及半导体结构的制作方法 |
| CN113745333A (zh) * | 2021-09-01 | 2021-12-03 | 厦门大学 | 一种含δ掺杂势垒层的常关型氧化镓基MIS-HEMT器件及其制备方法 |
| US20240045461A1 (en) * | 2022-08-05 | 2024-02-08 | Semtech Corporation | Biasing control for compound semiconductors |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010015437A1 (en) * | 2000-01-25 | 2001-08-23 | Hirotatsu Ishii | GaN field-effect transistor, inverter device, and production processes therefor |
| US20050062069A1 (en) * | 2003-09-19 | 2005-03-24 | Wataru Saito | Power semiconductor device |
Family Cites Families (55)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3767984A (en) * | 1969-09-03 | 1973-10-23 | Nippon Electric Co | Schottky barrier type field effect transistor |
| US4095331A (en) * | 1976-11-04 | 1978-06-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Fabrication of an epitaxial layer diode in aluminum nitride on sapphire |
| US4157556A (en) * | 1977-01-06 | 1979-06-05 | Varian Associates, Inc. | Heterojunction confinement field effect transistor |
| JPH0810763B2 (ja) * | 1983-12-28 | 1996-01-31 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置 |
| US4615102A (en) * | 1984-05-01 | 1986-10-07 | Fujitsu Limited | Method of producing enhancement mode and depletion mode FETs |
| US5571734A (en) * | 1994-10-03 | 1996-11-05 | Motorola, Inc. | Method for forming a fluorinated nitrogen containing dielectric |
| JP3036404B2 (ja) * | 1995-05-25 | 2000-04-24 | 株式会社村田製作所 | 半導体装置とその製造方法 |
| US5825079A (en) * | 1997-01-23 | 1998-10-20 | Luminous Intent, Inc. | Semiconductor diodes having low forward conduction voltage drop and low reverse current leakage |
| US5907777A (en) * | 1997-07-31 | 1999-05-25 | International Business Machines Corporation | Method for forming field effect transistors having different threshold voltages and devices formed thereby |
| JP3169066B2 (ja) | 1997-10-17 | 2001-05-21 | 日本電気株式会社 | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
| US6316793B1 (en) * | 1998-06-12 | 2001-11-13 | Cree, Inc. | Nitride based transistors on semi-insulating silicon carbide substrates |
| JP2000196029A (ja) * | 1998-12-28 | 2000-07-14 | Sony Corp | 半導体装置とその製造方法 |
| US6093952A (en) * | 1999-03-31 | 2000-07-25 | California Institute Of Technology | Higher power gallium nitride schottky rectifier |
| US6133593A (en) * | 1999-07-23 | 2000-10-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Channel design to reduce impact ionization in heterostructure field-effect transistors |
| KR100348269B1 (ko) * | 2000-03-22 | 2002-08-09 | 엘지전자 주식회사 | 루데니움 산화물을 이용한 쇼트키 콘택 방법 |
| JP2001267555A (ja) * | 2000-03-22 | 2001-09-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| US6690042B2 (en) * | 2000-09-27 | 2004-02-10 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Metal oxide semiconductor heterostructure field effect transistor |
| KR100379619B1 (ko) * | 2000-10-13 | 2003-04-10 | 광주과학기술원 | 단일집적 ｅ／ｄ 모드 ｈｅｍｔ 및 그 제조방법 |
| JP4772183B2 (ja) * | 2000-11-30 | 2011-09-14 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
| JP4710139B2 (ja) * | 2001-01-15 | 2011-06-29 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子 |
| US6773999B2 (en) * | 2001-07-18 | 2004-08-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for treating thick and thin gate insulating film with nitrogen plasma |
| US6853018B2 (en) * | 2001-07-19 | 2005-02-08 | Sony Corporation | Semiconductor device having a channel layer, first semiconductor layer, second semiconductor layer, and a conductive impurity region |
| CN1557024B (zh) * | 2001-07-24 | 2010-04-07 | 美商克立股份有限公司 | 绝缘栅铝镓氮化物/氮化钾高电子迁移率晶体管(hemt) |
| WO2003050849A2 (en) * | 2001-12-06 | 2003-06-19 | Hrl Laboratories, Llc | High power-low noise microwave gan heterojunction field effet transistor |
| US6825133B2 (en) * | 2003-01-22 | 2004-11-30 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Use of fluorine implantation to form a charge balanced nitrided gate dielectric layer |
| JP4177124B2 (ja) | 2002-04-30 | 2008-11-05 | 古河電気工業株式会社 | ＧａＮ系半導体装置 |
| AU2003265691A1 (en) * | 2002-08-26 | 2004-03-11 | University Of Florida | GaN-TYPE ENHANCEMENT MOSFET USING HETERO STRUCTURE |
| US6974969B2 (en) * | 2003-01-13 | 2005-12-13 | The University Of Connecticut | P-type quantum-well-base bipolar transistor device employing interdigitated base and emitter formed with a capping layer |
| JP4262545B2 (ja) * | 2003-07-09 | 2009-05-13 | 三菱電機株式会社 | カスコード接続回路及びその集積回路 |
| US7126426B2 (en) * | 2003-09-09 | 2006-10-24 | Cree, Inc. | Cascode amplifier structures including wide bandgap field effect transistor with field plates |
| US6797555B1 (en) * | 2003-09-10 | 2004-09-28 | National Semiconductor Corporation | Direct implantation of fluorine into the channel region of a PMOS device |
| JP2005086171A (ja) * | 2003-09-11 | 2005-03-31 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| US7052942B1 (en) * | 2003-09-19 | 2006-05-30 | Rf Micro Devices, Inc. | Surface passivation of GaN devices in epitaxial growth chamber |
| US7449728B2 (en) * | 2003-11-24 | 2008-11-11 | Tri Quint Semiconductor, Inc. | Monolithic integrated enhancement mode and depletion mode field effect transistors and method of making the same |
| US7382001B2 (en) * | 2004-01-23 | 2008-06-03 | International Rectifier Corporation | Enhancement mode III-nitride FET |
| US7465997B2 (en) * | 2004-02-12 | 2008-12-16 | International Rectifier Corporation | III-nitride bidirectional switch |
| JP2005353992A (ja) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 化合物半導体装置およびその製造方法 |
| JP4637553B2 (ja) * | 2004-11-22 | 2011-02-23 | パナソニック株式会社 | ショットキーバリアダイオード及びそれを用いた集積回路 |
| US7456443B2 (en) * | 2004-11-23 | 2008-11-25 | Cree, Inc. | Transistors having buried n-type and p-type regions beneath the source region |
| KR100606290B1 (ko) * | 2004-12-02 | 2006-07-31 | 한국전자통신연구원 | 전계효과 트랜지스터의 제조방법 |
| US7498617B2 (en) * | 2005-02-02 | 2009-03-03 | International Rectifier Corporation | III-nitride integrated schottky and power device |
| KR100674965B1 (ko) * | 2005-03-21 | 2007-01-26 | 삼성전자주식회사 | 지우기 특성이 개선된 메모리 소자의 제조 방법 |
| US7339209B2 (en) * | 2005-09-07 | 2008-03-04 | The Boeing Company | Integrated semiconductor structure including a heterojunction bipolar transistor and a Schottky diode |
| TW200715570A (en) * | 2005-09-07 | 2007-04-16 | Cree Inc | Robust transistors with fluorine treatment |
| US8026568B2 (en) * | 2005-11-15 | 2011-09-27 | Velox Semiconductor Corporation | Second Schottky contact metal layer to improve GaN Schottky diode performance |
| US8114717B2 (en) * | 2005-11-15 | 2012-02-14 | The Regents Of The University Of California | Methods to shape the electric field in electron devices, passivate dislocations and point defects, and enhance the luminescence efficiency of optical devices |
| US7972915B2 (en) * | 2005-11-29 | 2011-07-05 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Monolithic integration of enhancement- and depletion-mode AlGaN/GaN HFETs |
| US7932539B2 (en) * | 2005-11-29 | 2011-04-26 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Enhancement-mode III-N devices, circuits, and methods |
| US8044432B2 (en) * | 2005-11-29 | 2011-10-25 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Low density drain HEMTs |
| TWI406413B (zh) * | 2005-11-29 | 2013-08-21 | Univ Hong Kong Science & Techn | 低密度吸極ＨＥＭＴｓ |
| US7419892B2 (en) * | 2005-12-13 | 2008-09-02 | Cree, Inc. | Semiconductor devices including implanted regions and protective layers and methods of forming the same |
| US8283699B2 (en) * | 2006-11-13 | 2012-10-09 | Cree, Inc. | GaN based HEMTs with buried field plates |
| US7692263B2 (en) * | 2006-11-21 | 2010-04-06 | Cree, Inc. | High voltage GaN transistors |
| JP5358882B2 (ja) * | 2007-02-09 | 2013-12-04 | サンケン電気株式会社 | 整流素子を含む複合半導体装置 |
| US8076699B2 (en) * | 2008-04-02 | 2011-12-13 | The Hong Kong Univ. Of Science And Technology | Integrated HEMT and lateral field-effect rectifier combinations, methods, and systems |
-
2008
- 2008-08-04 CN CN2008101451489A patent/CN101359686B/zh active Active
- 2008-08-04 US US12/185,241 patent/US8502323B2/en active Active
- 2008-08-04 TW TW097129606A patent/TWI460857B/zh active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010015437A1 (en) * | 2000-01-25 | 2001-08-23 | Hirotatsu Ishii | GaN field-effect transistor, inverter device, and production processes therefor |
| US20050062069A1 (en) * | 2003-09-19 | 2005-03-24 | Wataru Saito | Power semiconductor device |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| R. Wang et al.,"Planar integration of E/D-mode AlGaN/GaN HEMTs using fluoride-based plasma treatment", IEEE Electron Device Lett., vol. 27, no. 8, Aug. 2006 圖1；段II B. M. Green et al.,"Cascode connected AlGaN/GaN HEMTs on * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101359686B (zh) | 2013-01-02 |
| US20090032820A1 (en) | 2009-02-05 |
| CN101359686A (zh) | 2009-02-04 |
| TW200915566A (en) | 2009-04-01 |
| US8502323B2 (en) | 2013-08-06 |
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