[发明专利]三维半导体结构及其制作方法

说明书

本发明公开一种三维半导体结构及其制作方法，其中该三维半导体装置包含一缓冲层、一n型高电子移动率晶体管设置在该缓冲层的第一表面上、以及一p型高空穴移动率晶体管设置在该缓冲层与该第一表面相对的第二表面上。

技术领域

本发明涉及一种三维半导体结构，更具体言之，其涉及一种同时具有高电子移动率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)与高空穴移动率晶体管(highhole mobility transistor,HHMT)的三维半导体结构。

背景技术

随着近年来无线通讯市场的火热以及功率元件应用的稳定进展，微波晶体管在人类活动的许多层面上都扮演了重要的角色，对于其效能的需求也越来越迫切。在个人行动通讯的应用方面，下一世代的手机会有更高的频宽与效能需求，而因为不断增快的速度与资料传输率，宽频无线网路同样也有此需求。由于这类需求，现今业界大量投资在开发以硅/硅锗(Si/SiGe)、砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)等半导体材料为主的高效能微波晶体管与放大器，其兼具大的击穿电压与高电子速度特点。

其中，形成异质结(接面)的能力使得氮化镓成为了用来制作高电子移动率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)或是高空穴移动率晶体管(high holemobility transistor,HHMT)的优异材料。这种晶体管的优点包含其高载流子浓度以及因为游离杂质散射较少所导致的高载流子移动率。高载流子浓度与高载流子移动率的结合也导致了其具备高电流密度与低通道电阻的特性，这两者在高频运作与电源切换的应用方面都十分重要。

在空乏模式的高电子移动率晶体管场合，栅极所产生的电场会用来耗尽半导体宽带隙与窄带隙界面处的二维电子气(two-dimension electron gas,2DEG)通道，如氮化铝/氮化镓(AlN/GaN)或氮化铝镓/氮化镓(AlGaN/GaN)之间的界面，在栅极施加控制电压可直接影响与控制流经该通道的电流量。空乏型晶体管在作为开关时是以正常开启(normally-on)元件的型态运作的。在增强模式下的高电子移动率晶体管，其晶体管在被施加偏压运作之前不会有通道与电流存在，其特别之处在于晶体管会被施加偏压来使其二维电子气通道移动到费米能阶以下，此时一旦源极与漏极之间有施加电压，二维电子气通道中的电子就会从源极移动到漏极。增强型晶体管一般用在数字与模拟集成电路中作为正常关闭(normally-off)元件。增强型晶体管在模拟电路应用方面也很有用处，例如作为射频/微波功率放大器或开关。

现今氮化铝镓/氮化镓高载流子移动率晶体管在高功率、高温应用方面的研究有所展望。故此，相关领域与业界仍然持续在高功率、高电压、高速、以及/高温应用方面改善这类元件的制作方法与结构。

发明内容

本发明即提出了一种同时具有高电子移动率晶体管(HEMT)与高空穴移动率晶体管(HHMT)的三维半导体结构，其可在三维空间垂直整合互补性的n型与p型的场效应晶体管。

本发明的其一面向在于提出一种三维半导体装置，其包含一缓冲层，具有第一表面以及与该第一表面相对的第二表面、一n型高电子移动率晶体管，设置在该缓冲层的该第一表面上、以及一p型高空穴移动率晶体管，设置在该缓冲层的该第二表面上。