本申請涉及半導體技術(shù)，更具體地涉及iii族氮化物雙向器件。

背景技術(shù)：

i.定義

如本文所使用的，術(shù)語“iii族氮化物”或“iii-n”表示如下化合物半導體，其包括氮和至少一個iii族元素，諸如鋁(al)、鎵(ga)、銦(in)和硼(b)，并且例如包括但不限于其任何合金，諸如氮化鋁鎵(alxga1-xn)、氮化銦鎵(inyga1-yn)、氮化鋁銦鎵(alxinyga1-x-yn)、氮化鎵砷磷(gaasapbn1-a-b)、氮化鋁銦鎵砷磷(alxinyga(1-x-y)asapbn(1-a-b))。iii-n通常還表示任何極性，包括但不限于ga極化、n極化、半極化或非極化的晶向。iii-n材料還可以包括纖維鋅礦、閃鋅礦或混合多型體，并且可以包括單晶、單晶體、多晶或非晶結(jié)構(gòu)。如本文所使用的，氮化鎵或gan表示iii-n化合物半導體，其中iii族元素包括一些或大量的鎵，但是還可以包括除鎵之外的其他iii族元素。

此外，如本文所使用的，術(shù)語“iv族”表示包括至少一個iv族元素(諸如硅(si)、鍺(ge)和碳(c))的半導體，并且例如還可以包括化合物半導體，諸如硅鍺(sige)和碳化硅(sic)。iv族還表示包括多于一層的iv族元素或iv族元素的摻雜的半導體材料以產(chǎn)生應(yīng)變iv族材料，并且例如還可以包括基于iv族的復合襯底，諸如硅上單晶或多晶sic、絕緣體上硅(soi)、注氧隔離(simox)工藝襯底和藍寶石上硅(sos)。

注意，如本文所使用的，關(guān)于晶體管或開關(guān)的術(shù)語“低壓”或“l(fā)v”描述具有多達近似50伏特(50v)的電壓范圍的晶體管或開關(guān)。進一步注意，術(shù)語“中壓”或“mv”表示近似50伏特至近似兩百伏特(近似50v至200v)的電壓范圍。此外，如本文所使用的，術(shù)語“高壓”或“hv”表示近似兩百伏特至近似一千二百伏特(近似200v至1200v)或更高的電壓范圍。

ii.背景技術(shù)

iii-v族氮化物半導體器件(諸如基于氮化鎵(gan)的晶體管)是可以使用極化場來操作以生成二維電子氣(2deg)從而允許具有低電阻損失的大電流密度的器件。結(jié)果，iii族氮化物半導體器件(諸如耗盡模式(即，常開型)大電子遷移率晶體管(hemt))被用于許多功率應(yīng)用。

然而，在一些功率管理應(yīng)用中，功率器件的常關(guān)型特性可能是期望的。例如，增強模式(即常關(guān)型)iii族氮化物雙向晶體管用在矩陣轉(zhuǎn)換器中可能是有利的。在這樣的情況下，具有期望的通態(tài)特性的常關(guān)型iii-氮化物雙向晶體管可以通過在兩個晶體管柵極中的每一個的下方引入耗盡2deg的特征來實施。不幸的是，由于雙向晶體管截止時兩個柵極之間的泄漏電流，用于制造常關(guān)型iii族氮化物雙向晶體管的一些傳統(tǒng)技術(shù)會導致大量的功率損失。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開針對一種iii族氮化物雙向器件，基本如結(jié)合至少一幅附圖所示和/或所述以及權(quán)利要求中所闡述。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)一個實施方式的示例性iii族氮化物雙向器件的截面圖。

圖2示出了根據(jù)另一個實施方式的示例性iii族氮化物雙向器件的截面圖。

圖3a示出了根據(jù)一個實施方式的適合用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。

圖3b示出了根據(jù)另一個實施方式的適合用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。

圖3c示出了根據(jù)另一個實施方式的適合用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。

圖3d示出了根據(jù)另一個實施方式的適合用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。

圖3e示出了根據(jù)另一個實施方式的適合用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。

圖3f示出了根據(jù)另一個實施方式的適合用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。

圖4a示出了根據(jù)又一實施方式的適合用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。

圖4b示出了根據(jù)另一個實施方式的適合用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。

圖4c示出了根據(jù)另一個實施方式的適合用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。

具體實施方式

以下描述包含屬于本公開的實施方式的具體信息。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，可以以不同于本文所具體討論的方式來實施本公開。本申請的附圖及其所附的詳細說明僅僅是示例性的實施方式。除非另有指定，否則附圖中類似或?qū)?yīng)的元件可以通過類似或?qū)?yīng)的參考標號來表示。此外，本申請的附圖不按比例繪制，并且不用于對應(yīng)于實際的相對尺寸。

如上所述，iii族氮化物半導體器件(諸如基于氮化鎵(gan)的晶體管)是可以使用極化場來操作以生成二維電子氣(2deg)從而允許具有低電阻損失的大電流密度的器件。結(jié)果，gan或其他基于iii族氮化物半導體的晶體管可以有利地用作高壓(hv)雙向器件。此外，在期望功率器件的常關(guān)型特性的功率管理應(yīng)用中，可以通過在兩個晶體管柵極中的每一個的下方引入耗盡2deg的特征來實施具有期望通態(tài)特性的增強模式(即，常關(guān)型)iii族氮化物雙向晶體管。然而，進一步如上所述，用于制造常關(guān)型iii族氮化物雙向晶體管的一些傳統(tǒng)技術(shù)會由于雙向晶體管截止時兩個柵極之間的泄漏電流而導致大量的功率損失。

本申請針對一種iii族氮化物雙向器件，其被配置為使得顯著降低或基本消除在截止狀態(tài)期間雙向晶體管柵極之間的泄漏電流。從而，可以使本申請公開的iii族氮化物雙向器件在其截止狀態(tài)期間的功率損失基本最小化。根據(jù)本發(fā)明概念的各個實施方式，背部勢壘(backbarrier)上覆形成在提供iii族氮化物雙向器件的結(jié)構(gòu)中的背部溝道層。背部溝道層被配置為具有與上覆背部勢壘的器件溝道層的極化基本相等的極化。在一個實施方式中，背部勢壘可以在背部溝道層中生成背部2deg以及在器件溝道層中生成二維空穴氣(2dhg)。

圖1示出了根據(jù)一個實施方式的包括這種背部勢壘的示例性iii族氮化物雙向器件100的截面圖。如圖1所示，iii族氮化物雙向器件100包括襯底110以及均位于襯底110之上的過渡主體122、緩沖層124和背部溝道層128。此外，圖1示出了位于背部溝道層128之上的器件溝道層142以及位于器件溝道層142之上的器件勢壘層144以產(chǎn)生器件2deg146。

圖1還示出了背部勢壘130，其具有底表面132和頂表面134，并且其位于背部溝道層128與器件溝道層142之間。背部溝道層128被配置為具有與器件溝道層142的極化基本相等的極化。此外，根據(jù)圖1所示的示例性實施方式，背部勢壘130被配置為在背部溝道層128中產(chǎn)生背部2deg126以及在器件2deg146下方在器件溝道層142中產(chǎn)生2dhg136。

iii族氮化物雙向器件100還包括漏/源電極102、源/漏電極104以及位于漏/源電極102與源/漏電極104之間的第一柵極106a和第二柵極106b。還如圖1所示，第一柵極106a和第二柵極106b形成在位于器件勢壘層144之上的相應(yīng)的第一耗盡部分112a和第二耗盡部分112b上。注意，盡管每一個漏/源電極102和源/漏電極104可以可選地用作iii族氮化物雙向器件100的漏極或源極接觸，但為了本公開的目的，當iii族氮化物雙向器件100截止時，漏/源電極102和第二柵極106b處于漏極電位，并且源/漏電極104和第一柵極106a處于源極電位。

漏/源電極102和源/漏電極104被配置為使得它們與器件2deg146進行歐姆接觸。此外，根據(jù)圖1所示的實施方式，第一柵極106a和第二柵極106b與相應(yīng)的第一耗盡部分112a和第二耗盡部分112b進行歐姆接觸。第一柵極106a和第二柵極106b可以是金屬柵極，并且可以實施為金屬柵極堆疊，諸如鈦-鋁-鈦(ti-al-ti)柵極堆疊。

第一耗盡部分112a和第二耗盡部分112b可以采用p型iii族氮化物部分的形式，諸如由p型gan形成的部分。第一耗盡部分112a和第二耗盡部分112b被配置為在相應(yīng)的第一柵極106a和第二柵極106b下方耗盡器件2deg146。結(jié)果，如第一柵極106a和第二柵極106b下方的器件2deg146中的中斷148所示，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，iii族氮化物雙向器件100是增強模式(常關(guān)型)雙向晶體管。

注意，在一些實施方式中，iii族氮化物雙向器件100可以是高壓(hv)器件，如上面的“定義”部分所述。例如，iii族氮化物雙向器件100可以是六百伏特(600v)器件，其被配置為在第一柵極106a和第二柵極106b之間維持近似600v的電位差。

襯底110可以由任何常用的襯底材料形成。例如，襯底110可以由藍寶石形成，可以為本征iii族氮化物襯底，或者可以是上面“定義”部分所述的iv族襯底。過渡主體122可以由位于襯底110之上的多個iii族氮化物層形成。在一些實施方式中，過渡主體122可以采用iii族氮化物主體的形式，包括組分梯度層并在相應(yīng)的頂表面和底表面處具有不同的iii族氮化物合金組分。

盡管圖1未示出，但在一些實施方式中，iii族氮化物雙向器件100還可以包括形成在襯底110與過渡主體122之間的應(yīng)力吸收層。這種應(yīng)力吸收層可以是非晶應(yīng)力吸收層，例如非晶氮化硅層。注意，在對于器件溝道層142和器件勢壘層144而言襯底110是非本征襯底的實施方式(即，非iii族氮化物襯底，諸如硅或其他iv族襯底)中，過渡主體122被設(shè)置為從襯底110到緩沖層124調(diào)和晶格過渡。

在一個實施方式中，除了形成為減少襯底110與稍后形成的iii族氮化物有源層(諸如器件溝道層142和器件勢壘層144)之間的熱膨脹系數(shù)的凈不匹配的層之外，過渡主體122可以包括成核層(圖1中未示出的成核層)。例如，當形成基于gan的iii族氮化物雙向器件時，過渡主體122可以包括形成在襯底110上或者形成在襯底110上的應(yīng)力吸收層和/或成核層上的氮化鋁(aln)層，并且可進一步包括一系列中間層，諸如相對于它們的鎵含量具有逐漸減小或以其他方式變化的鋁含量的氮化鋁鎵(algan)層，直到實現(xiàn)到緩沖層124的適當過渡為止。

緩沖層124位于過渡主體122之上，并且可以是使用任何已知生長技術(shù)形成的電絕緣iii族氮化物材料層。緩沖層124可以使用用于形成基于iii族氮化物的層的任何適當技術(shù)來形成，諸如分子束外延(mbe)、金屬有機化學氣相沉積(mocvd)或混合氣相外延(hvpe)。注意，mbe、mocvd或hvpe中的任何一種還可用于形成過渡主體122。

背部溝道層128位于過渡主體122之上，在電絕緣緩沖層124上，并且可以是iii族氮化物材料層。例如，在iii族氮化物雙向器件100是基于gan的hemt的實施方式中，背部溝道層可以是gan層，其中基本不存在鋁。然而，更一般地，背部溝道層128和器件溝道層142可以實施為基于gan的層，它們具有相似或基本相等的鋁濃度，在近似0至近似百分之五的鋁的范圍內(nèi)(即，小于或等于約5％al)。如過渡主體122和緩沖層124，背部溝道層128可以使用用于形成基于iii族氮化物的層的任何適當技術(shù)來形成，諸如mbe、mocvd或hvpe。

例如使用mbe、mocvd或hvpe中的任何方法，器件溝道層142形成在背部溝道層128之上，并且器件勢壘層144形成在器件溝道層142之上。此外，可以在器件勢壘層144之上使用薄iii族氮化物蓋層(圖1中未示出蓋層)。在一個實施方式中，例如，iii族氮化物雙向器件100可以采用iii族氮化物hemt的形式，其具有g(shù)an層作為器件溝道層142以及algan層作為器件勢壘層144。注意，在一些實施方式中，上述任選的蓋層可由gan或algan形成，并且可以非故意摻雜或者可以基本不摻雜。然而，在其他實施方式中，任選的蓋層可由絕緣材料形成，諸如氮化硅(si3n4)。

進一步注意，在一些實施方式中，可以有利地或期望地在器件勢壘層144和器件溝道層142之間設(shè)置的間隔層之上形成器件勢壘層144(圖1中未示出間隔層)。還應(yīng)該注意，上面關(guān)于襯底110、過渡主體122、緩沖層124、背部溝道層128、器件溝道層142和器件勢壘層144的討論分別適用于下面參照圖2描述的襯底、過渡主體、緩沖層、背部溝道層、器件溝道層和器件勢壘層。

還如圖1所示，背部勢壘130位于背部溝道層128與器件溝道層142之間，并且在圖1的示例性實施方式中，在背部溝道層128中產(chǎn)生背部2deg126以及在器件溝道層142中產(chǎn)生2dhg136。背部勢壘層130可以由適合于產(chǎn)生背部2deg126和2dhg136的任何iii族氮化物材料形成。例如，背部勢壘層130可以由iii族氮化物材料形成，其具有比背部溝道層128更大的帶隙以及比器件溝道層142更大的帶隙。然而，在其他實施方式中，背部勢壘層130可以由如下iii族氮化物材料形成，其具有比背部溝道層128更小的帶隙以及比器件溝道層142更小的帶隙。

作為背部勢壘130具有比背部溝道層128和器件溝道層142更大的帶隙的具體實例，背部溝道層128和器件溝道層142可以實施為gan層，而背部勢壘130可以由algan形成。此外，如下面參照圖3a、圖3b、圖3c、圖3d、圖4a和圖4b更詳細討論的，背部勢壘130可以包括多個iii族氮化物層，諸如algan層，其中背部勢壘130的鄰接層具有不同的相應(yīng)鋁濃度。例如，背部勢壘130可使用mbe、mocvd或hvpe中的任何方法形成。

參照圖2，圖2示出了根據(jù)另一實施方式的包括背部勢壘的示例性iii族氮化物雙向器件200的截面圖。如圖2所示，iii族氮化物雙向器件200包括襯底210以及均位于襯底210之上的過渡主體222、緩沖層224和背部溝道層228。此外，圖2示出了位于背部溝道層228之上的器件溝道層242以及位于器件溝道層242之上的器件勢壘層244以產(chǎn)生器件2deg246。

圖2還示出了背部勢壘230，其具有底表面232和頂表面234，并且其位于背部溝道層228與器件溝道層242之間。背部溝道層228被配置為具有與器件溝道層242的極化基本相等的極化。此外，根據(jù)圖2所示的示例性實施方式，背部勢壘230被配置為在器件2deg246下方，在背部溝道層228中產(chǎn)生背部2deg226以及在器件溝道層242中產(chǎn)生2dhg236。iii族氮化物雙向器件200還包括漏/源電極202、源/漏電極204以及形成在位于漏/源電極202與源/漏電極204之間的相應(yīng)第一耗盡部分212a和第二耗盡部分212b上的第一柵極208a和第二柵極208b。

襯底210、過渡主體222、緩沖層224、背部溝道層228和背部2deg226通常分別對應(yīng)于圖1中的襯底110、過渡主體122、緩沖層124、背部溝道層128和背部2deg126，并且可以共享歸因于上述這些對應(yīng)特征的任何特性。此外，圖2中的背部勢壘230、器件溝道層242、器件勢壘層244、器件2deg246和2dhg236通常分別對應(yīng)于圖1中的背部勢壘130、器件溝道層142、器件勢壘層144、器件2deg146和2dhg136，并且可以類似地共享歸因于上述對應(yīng)特征的任何特性。此外，圖2中的漏/源電極202、源/漏電極204以及第一耗盡部分212a和第二耗盡部分212b通常分別對應(yīng)于圖1中的漏/源電極102、源/漏電極14以及第一耗盡部分和第二耗盡部分，并且可以共享歸因于上述對應(yīng)特征的任何特性。

通過類似于圖1所示的實施方式，第一耗盡部分212a和第二耗盡部分212b被配置為耗盡相應(yīng)第一柵極208a和第二柵極208b下方的器件2deg246。結(jié)果，如第一柵極208a和第二柵極208b下方的器件2deg246中的中斷248所示，根據(jù)本示例性實施方式，iii族氮化物雙向器件200是增強模式(常關(guān)型)雙向晶體管。然而，與圖1所示的實施方式相反，圖2中的第一柵極208a和第二柵極20b與對應(yīng)的第一耗盡部分212a和第二耗盡部分212b進行肖特基接觸。第一柵極208a和第二柵極208b可以是金屬柵極，并且可以使用任何適當?shù)男ぬ鼗饘賮韺嵤?/p>

注意，盡管本申請示出并描述第一柵極106a/208a和第二柵極106b/208b與第一耗盡部分112a/212a和第二耗盡部分112b/212b進行歐姆/肖特基接觸，但那些實施方式僅僅是示例性的。本發(fā)明的概念一般地都適用，而不管第一柵極106a/208a和第二柵極106b/208b與對應(yīng)的第一耗盡部分112a/212a和第二耗盡部分112b/212b之間的電耦合的性質(zhì)。因此，在一些實施方式中，如本領(lǐng)域已知的，分別對應(yīng)于第一柵極106a/208a和第二柵極106b/208b的第一柵極和第二柵極可采用隔離柵極的形式。

進一步注意，類似于圖1中的iii族氮化物雙向器件100，在一些實施方式中，圖2中的iii族氮化物雙向器件200可以是hv器件，如上面的“定義”部分中所描述的。例如，iii族氮化物雙向器件200可以是600v器件，其被配置為在第一柵極208a和第二柵極208b之間維持近似600v的電位差。

根據(jù)圖1和圖2所示的示例性實施方式，當iii族氮化物雙向器件100/200截止時，背部2deg126/226和2dhg136/236可有效地相互中立，從而即使在高漏極電壓下也減小或基本消除截止狀態(tài)下的第一柵極106a/208a和第二柵極106b/208b之間的泄漏電流。

參照圖3a，圖3a示出了根據(jù)一個實施方式的適用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。如圖3a所示，背部勢壘330a包括algan層形式的多個iii族氮化物層，其包括具有厚度370的底層360、具有厚度372的層362、具有厚度374的中間層364、具有厚度376的層366以及具有厚度378的頂層368。如圖3a進一步示出的，背部勢壘330a具有由底層360提供的底表面332以及由頂層368提供的頂表面334。具有底表面332和頂表面334的背部勢壘330a通常對應(yīng)于圖1/圖2中的具有底表面132/232和頂表面134/234的背部勢壘130/230，并且可以共享歸因于本申請的對應(yīng)特征的任何特性。

根據(jù)圖3a所示的實施方式，背部勢壘330a的鄰接層具有不同的相應(yīng)鋁濃度。然而，厚度370、372、374、376和378可基本相同。此外，根據(jù)本實施方式，頂表面334處的鋁濃度(即，近似1％)基本等于底表面332處的鋁濃度(即，近似1％)。

背部勢壘330a的中間層364被示為在iii族氮化物層360、362、364、366和368中具有最高的鋁濃度(即，近似6％)。此外，背部勢壘330a的鋁濃度被示為在底層360和中間層364之間通過層362階梯上升(近似3％的al)，并且對應(yīng)地在中間層364和頂層368之間通過層366階梯下降(近似3％的al)。

注意，盡管背部勢壘330a被示為分立層的堆疊(例如可形成超晶格)，但在其他實施方式中，背部勢壘330a可以實施為梯度iii族氮化物層，其具有對應(yīng)于圖3a所示的合金分布。此外，背部勢壘330a中的iii族氮化物合金的分布在用于形成底層360的合金與用于形成頂層368的合金之間可形成高斯風格的對稱分布或者平滑或分段連續(xù)的不對稱分布。

繼續(xù)到圖3b，圖3b示出了根據(jù)另一實施方式的適合用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。注意，圖3b中由與圖3a中出現(xiàn)的參考標號相同的參考標號表示的特征分別對應(yīng)于上述特征，并且可以共享歸因于上述對應(yīng)特征的任何特性。進一步注意，具有底表面332和頂表面334的背部勢壘330b通常對應(yīng)于圖1/圖2中的具有底表面132/232和頂表面134/234的背部勢壘130/230，并且可以共享歸因于本申請中的對應(yīng)特征的任何特性。

如圖3b所示，背部勢壘330b與圖3a中的背部勢壘330a的不同在于，圖3b中的實施方式包括具有比中間層364顯著更高的鋁濃度(即，近似50％)的中間層384。注意，盡管背部勢壘330b被示為分立層的堆疊(例如可以形成超晶格)，但在其他實施方式中，背部勢壘330b可實施為具有對應(yīng)于圖3b所示的合金分布的梯度iii族氮化物層。此外，進一步如上面圖3a中的背部勢壘330a所注意的，背部勢壘330b中的iii族氮化物合金的分布在用于形成底層360的合金與用于形成頂層368的合金之間可形成高斯風格的對稱分布或者平滑或分段連續(xù)的不對稱分布。

移動到圖3c，圖3c示出了根據(jù)另一實施方式的適合用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。注意，圖3c中由與圖3a中出現(xiàn)的參考標號相同的參考標號表示的特征分別對應(yīng)于上述特征，并且可以共享歸因于上述對應(yīng)特征的任何特性。進一步注意，具有底表面332和頂表面334的背部勢壘330b通常對應(yīng)于圖1/圖2中的具有底表面132/232和頂表面134/234的背部勢壘130/230，并且可以共享歸因于本申請中的對應(yīng)特征的任何特性。

如圖3c所示，背部勢壘330c與圖3a中的背部勢壘330a的不同在于，頂表面334處的鋁濃度(即，近似于1％)小于底表面332處的鋁濃度(即，近似于2％)。此外，與背部勢壘330a相反，背部勢壘330c的鋁濃度被示為在底層380與中間層364之間通過層382階梯上升(近似4％的al)。注意，盡管背部勢壘330c被示為分立層的堆疊(例如可以形成超晶格)，但在其他實施方式中，背部勢壘330c可實施為具有對應(yīng)于圖3c所示的合金分布的梯度iii族氮化物層。此外，背部勢壘330c中的iii族氮化物合金的分布在用于形成底層360的合金與用于形成頂層368的合金之間可形成高斯風格的對稱分布或者平滑或分段連續(xù)的不對稱分布。

繼續(xù)到圖3d，圖3d示出了根據(jù)另一實施方式的適合用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。注意，圖3d中由與圖3a中出現(xiàn)的參考標號相同的參考標號表示的特征分別對應(yīng)于上述特征，并且可以共享歸因于上述對應(yīng)特征的任何特性。進一步注意，具有底表面332和頂表面334的背部勢壘330d通常對應(yīng)于圖1/圖2中的具有底表面132/232和頂表面134/234的背部勢壘130/230，并且可以共享歸因于本申請中的對應(yīng)特征的任何特性。

如圖3d所示，背部勢壘330d與圖3c中的背部勢壘330c的不同在于，圖3d中的實施方式包括具有比中間層364顯著更高的鋁濃度(即，近似50％)的中間層384。注意，盡管背部勢壘330d被示為分立層的堆疊(例如可以形成超晶格)，但在其他實施方式中，背部勢壘330d可實施為具有對應(yīng)于圖3d所示的合金分布的梯度iii族氮化物層。此外，如上面參照圖3c中的背部勢壘330c進一步示出的，背部勢壘330d中的iii族氮化物合金的分布在用于形成底層380的合金與用于形成頂層368的合金之間可形成高斯風格的對稱分布或者平滑或分段連續(xù)的不對稱分布。

參照圖3e，圖3e示出了根據(jù)另一實施方式的適合用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。注意，圖3e中由與圖3a和圖3c中出現(xiàn)的參考標號相同的參考標號表示的特征分別對應(yīng)于上述特征，并且可以共享歸因于上述對應(yīng)特征的任何特性。進一步注意，具有底表面332和頂表面334的背部勢壘330e通常對應(yīng)于圖1/圖2中的具有底表面132/232和頂表面134/234的背部勢壘130/230，并且可以共享歸因于本申請中的對應(yīng)特征的任何特性。

如圖3e所示，背部勢壘330e在底表面334處具有的鋁濃度(即，近似2％)大于底表面332處的鋁濃度(即，近似1％)。注意，盡管背部勢壘330e被示為分立層的堆疊(例如可以形成超晶格)，但在其他實施方式中，背部勢壘330e可實施為具有對應(yīng)于圖3e所示的合金分布的梯度iii族氮化物層。此外，背部勢壘330e中的iii族氮化物合金的分布在用于形成底層380的合金與用于形成頂層388的合金之間可形成高斯風格的對稱分布或者平滑或分段連續(xù)的不對稱分布。

移動到圖3f，圖3f示出了根據(jù)另一實施方式的適合用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。注意，圖3f中由與圖3a和圖3c中出現(xiàn)的參考標號相同的參考標號表示的特征分別對應(yīng)于上述特征，并且可以共享歸因于上述對應(yīng)特征的任何特性。進一步注意，具有底表面332和頂表面334的背部勢壘330f通常對應(yīng)于圖1/圖2中的具有底表面132/232和頂表面134/234的背部勢壘130/230，并且可以共享歸因于本申請中的對應(yīng)特征的任何特性。

如圖3f所示，背部勢壘330f具有多個內(nèi)部層，其具有最高的鋁濃度(即，近似50％的內(nèi)部層384a和384b)。注意，盡管圖3f示出背部勢壘330f包括五個示例性層，其中兩層共享最高的鋁濃度，更一般地，背部勢壘130/230可具有任何數(shù)量的層。例如，背部勢壘130/230可包括iii族氮化物層的超晶格，其在底層380和頂層368之間具有多個峰值鋁濃度。

進一步注意，盡管背部勢壘330f被示為分立層的堆疊，但在其他實施方式中，背部勢壘330f可實施為具有對應(yīng)于圖3f所示的合金分布的梯度iii族氮化物層。此外，背部勢壘330f中的iii族氮化物合金的分布在用于形成底層380的合金與用于形成頂層368的合金之間可形成高斯風格的對稱分布或者平滑或分段連續(xù)的不對稱分布。

現(xiàn)在參照圖4a，圖4a示出了根據(jù)又一實施方式的適用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。如圖4a所示，背部勢壘430a包括algan層形式的多個iii族氮化物層，包括具有厚度490的底層460、具有厚度492的層462、具有厚度474的中間層464、具有厚度476的層466以及具有厚度478的頂層468。如圖4a進一步所示，背部勢壘430a具有由底層460提供的底表面432以及由頂層468提供的頂表面434。具有底表面432和頂表面434的背部勢壘430a通常對應(yīng)于圖1/圖2中的具有底表面132/232和頂表面134/234的背部勢壘130/230，并且可以共享歸因于本申請中的對應(yīng)特征的任何特性。

根據(jù)圖4a所示的實施方式，背部勢壘430a的鄰接層具有不同的相應(yīng)鋁濃度。此外，厚度490和492被示為基本大于厚度474、476和478。例如，底層460的厚度490可以多達近似為頂層468的五倍或更大。此外，根據(jù)本實施方式，頂表面434處的鋁濃度(即，近似1％)基本等于底表面432處的鋁濃度(即，近似1％)。

背部勢壘430a的中間層464被示為在iii族氮化物層460、462、464、466和468中具有最高的鋁濃度(即，近似6％)。此外，背部勢壘430a的鋁濃度被示為在底層460和中間層464之前通過層462階梯增加(近似3％的al)，并且對應(yīng)地在中間層464和頂層468之間通過層466(近似3％的al)階梯降低。

注意，盡管背部勢壘430a被示為分立層的堆疊(例如其可以形成超晶格)，但在其他實施方式中，背部勢壘430a可實施為具有對應(yīng)于圖4a所示的合金分布的梯度iii族氮化物層。此外，背部勢壘430a中的iii族氮化物合金的分布可在用于形成底層460的合金與用于形成頂層468的合金之間形成平滑或分段連續(xù)的不對稱分布。

繼續(xù)到圖4b，圖4b示出了根據(jù)另一實施方式的適用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。注意，圖4b中由與圖4a中出現(xiàn)的參考標號相同的參考標號表示的特征分別對應(yīng)于上述特征，并且可以共享歸因于上述對應(yīng)特征的任何特性。進一步注意，具有底表面432和頂表面434的背部勢壘430b通常對應(yīng)于圖1/圖2中的具有底表面132/232和頂表面134/234的背部勢壘130/230，并且可以共享歸因于本申請中的對應(yīng)特征的任何特性。

如圖4b所示，背部勢壘430b與圖4a中的背部勢壘430a的不同在于，在圖4b的實施方式中，包括具有比中間層464顯著更高的鋁濃度(即，近似50％)的中間層484。注意，盡管背部勢壘430b被示為分立層的堆疊(例如其可以形成超晶格)，但在其他實施方式中，背部勢壘430b可實施為具有對應(yīng)于圖4b所示的合金分布的梯度iii族氮化物層。此外，背部勢壘430b中的iii族氮化物合金的分布可在用于形成底層460的合金與用于形成頂層468的合金之間形成平滑或分段連續(xù)的不對稱分布。

參照圖4c，圖4c示出了根據(jù)另一實施方式的適用于圖1和圖2的iii族氮化物雙向器件的示例性背部勢壘的截面圖。注意，圖4c中由與圖4a中出現(xiàn)的參考標號相同的參考標號表示的特征分別對應(yīng)于上述特征，并且可以共享歸因于上述對應(yīng)特征的任何特性。進一步注意，具有底表面432和頂表面434的背部勢壘430c通常對應(yīng)于圖1/圖2中的具有底表面132/232和頂表面134/234的背部勢壘130/230，并且可以共享歸因于本申請中的對應(yīng)特征的任何特性。

如圖4c所示，背部勢壘430c與圖4a和圖4b中的背部勢壘430a和430b的不同在于，底層480具有厚度478，其顯著小于頂層488的厚度490。注意，盡管背部勢壘430c被示為分立層的堆疊(例如其可以形成超晶格)，但在其他實施方式中，背部勢壘430c可實施為具有對應(yīng)于圖4c所示的合金分布的梯度iii族氮化物層。此外，背部勢壘430c中的iii族氮化物合金的分布可在用于形成底層480的合金與用于形成頂層488的合金之間形成平滑或分段連續(xù)的不對稱分布。

因此，本申請公開了一種iii族氮化物雙向器件，其被配置為使得減少或基本消除一些傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)中與截止狀態(tài)期間的電流泄漏相關(guān)聯(lián)的缺點。根據(jù)本申請公開的示例性實施方式，iii族氮化物雙向器件的背部溝道層被配置為具有與器件溝道層的極化基本相等的極化，從而減少或基本消除晶體管柵極之間的泄漏電流。結(jié)果，可以有利地避免當這種雙向器件處于截止狀態(tài)時由于泄漏電流所引起的大功率損失。

從上面的描述可知，各種技術(shù)可用于實施本申請中描述的概念而不背離這些概念的范圍。此外，雖然參照特定的實施方式描述了概念，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識到，可以在不背離這些概念的范圍的情況下進行形式和細節(jié)的變化。如此，所描述的實施方式被認為是示例性的而非限制性的。還應(yīng)該理解，本申請不限于本文描述的特定實施方式，但是可以在不背離本公開的范圍的情況下進行許多重新布置、修改和替換。