[发明专利]用于常关化合物半导体晶体管的栅极堆叠

权利要求书

1.一种常关化合物半导体晶体管，包括：

异质结构体，包括源极、与所述源极间隔开的漏极和用于连接所述源极和所述漏极的沟道，所述沟道包括由于压电效应在所述异质结构体中出现的第一极性的第一二维电荷载流子气；以及

在所述异质结构体上的栅极堆叠，用于控制所述栅极堆叠下方的异质结构体区域中的沟道，所述栅极堆叠包括至少一种III族氮化物材料，所述至少一种III族氮化物材料由于压电效应在所述栅极堆叠中或在所述栅极堆叠下方的异质结构体中产生与所述第一极性相反的第二极性的第二二维电荷载流子气，所述第二二维电荷载流子气使所述第一二维电荷载流子气中的极化电荷反向平衡，从而在缺乏施加至所述栅极堆叠的栅极电压的情形下，所述沟道在所述栅极堆叠下方被破坏，

其中所述第二二维电荷载流子气与所述源极和所述漏极间隔开，并且与所述源极和所述漏极在电学上断开，

其中所述异质结构体包括GaN缓存区和在所述GaN缓存区上的GaN合金势垒区，

其中所述GaN缓存区、所述GaN合金势垒和所述栅极堆叠的所述至少一种III族氮化物是平面的；

其中所述栅极堆叠不具有P型掺杂的III族氮化物材料。

2.根据权利要求1所述的常关化合物半导体晶体管，其中所述栅极堆叠包括具有不同带隙的至少两种III族氮化物材料，所述至少两种III族氮化物材料在所述栅极堆叠中产生所述第二二维电荷载流子气。

3.根据权利要求2所述的常关化合物半导体晶体管，其中所述栅极堆叠的所述至少两种III族氮化物材料的总厚度在100nm至10nm的范围内。

4.根据权利要求3所述的常关化合物半导体晶体管，其中所述栅极堆叠的所述至少两种III族氮化物材料的所述总厚度在10nm到30nm的范围内。

5.根据权利要求1所述的常关化合物半导体晶体管，其中所述栅极堆叠还包括在所述至少一种III族氮化物材料上的金属。

6.根据权利要求5所述的常关化合物半导体晶体管，其中所述栅极堆叠还包括插入在所述金属与所述至少一种III族氮化物材料之间的氧化物。

7.根据权利要求1所述的常关化合物半导体晶体管，其中所述GaN合金势垒区包括在所述GaN缓存区上的AlGaN，所述第一二维电荷载流子气是在所述AlGaN势垒区和事所述GaN缓存区之间的界面附近出现的二维电子气，所述栅极堆叠包括在所述AlGaN缓存区上的GaN和在所述栅极堆叠的GaN上的InGaN，并且所述第二二维电荷载流子气是在所述栅极堆叠的InGaN和GaN之间的界面附近出现的二维空穴气。

8.根据权利要求1所述的常关化合物半导体晶体管，其中所述GaN合金势垒区包括在所述GaN缓存区上的InGaN，所述第一二维电荷载流子气是在所述InGaN势垒区和所述GaN缓存区之间的界面附近出现的二维空穴气，所述栅极堆叠包括在所述InGaN缓存区上的GaN和在所述栅极堆叠的GaN上的AlGaN，并且所述第二二维电荷载流子气是在所述栅极堆叠的AlGaN和GaN之间的界面附近出现的二维电子气。

9.根据权利要求1所述的常关化合物半导体晶体管，其中所述GaN合金势垒区包括在所述GaN缓存区上的AlGaN，所述第一二维电荷载流子气是在所述AlGaN势垒区和GaN缓存区之间的界面附近出现的二维电子气，所述栅极堆叠包括在所述AlGaN势垒区上的GaN，并且所述第二二维电荷载流子气是在所述栅极堆叠的GaN和所述异质结构体的AlGaN之间的界面附近出现的二维空穴气。

10.根据权利要求1所述的常关化合物半导体晶体管，其中所述GaN合金势垒区包括在所述GaN缓存区上的InGaN，所述第一二维电荷载流子气是在所述InGaN势垒区和所述GaN缓存区之间的界面附近出现的二维空穴气，所述栅极堆叠包括在所述InGaN势垒区上的GaN，并且所述第二二维电荷载流子气是在所述栅极堆叠的GaN和所述异质结构体的InGaN之间的界面附近出现的二维电子气。

11.一种常关化合物半导体晶体管，包括：

III族氮化物异质结构体，所述异质结构体包括用于连接所述常关化合物半导体晶体管的源极和漏极的沟道，所述沟道包括在所述III族氮化物异质结构体中出现的第一极性的第一二维电荷载流子气；以及

在所述III族氮化物异质结构体上的栅极堆叠，用于控制所述栅极堆叠下方的III族氮化物异质结构体区域中的沟道，所述栅极堆叠在横向上与所述源极和所述漏极间隔开，所述栅极堆叠包括至少一种III族氮化物材料；以及

在所述栅极堆叠中或在所述栅极堆叠下方的III族氮化物异质结构体中的与所述第一极性相反的第二极性的第二二维电荷载流子气，所述第二二维电荷载流子气使所述第一二维电荷载流子气中的极化电荷反向平衡，从而所述沟道在所述栅极堆叠下方的区域中被破坏，

其中沟道中断的区域在竖直方向上与所述第二二维电荷载流子气对准，从而所述第一二维电荷载流子气在与所述第二二维电荷载流子气竖直对准的区域中被中断并且存在于其它区域。