[发明专利]基于自对准场板结构的氮化镓增强型垂直功率晶体管

说明书

本发明涉及一种基于自对准场板结构的氮化镓增强型垂直功率晶体管，包括：漏极；自支撑Si掺杂GaN衬底，位于漏极上；n型GaN层，位于自支撑Si掺杂GaN衬底上；n型GaN渡越层，位于n型GaN层上；n型GaN沟道层，位于n型GaN渡越层上；第一介质层，位于n型GaN渡越层上；栅极，位于第一介质层上；第一场板，位于n型GaN渡越层上；第二场板，位于第一介质层上；n型GaN接触层，位于n型GaN沟道层上；源极，位于n型GaN接触层上。本发明实施例的基于自对准场板结构的氮化镓增强型垂直功率晶体管解决了高击穿电压与低导通电阻难以兼顾的技术难点，从而得到高击穿电压、低导通电阻、高可靠性的垂直功率器件。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种基于自对准场板结构的氮化镓增强型垂直功率晶体管。

背景技术

近年来以SiC和GaN为代表的第三代宽禁带半导体以其禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、饱和电子速度大等特性，使其受到广泛关注。

目前对于GaN功率器件的研究主要是基于AlGaN/GaN HEMT，该结构的功率器件普遍击穿场强较低。2000年，美国UCSB的Naiqian Zhang采用栅场板结构，获得了570V击穿电压的AlGaN/GaN HEMT。之后松下公司采用AlN钝化、场板技术、通孔技术等多项技术，在栅漏间距为125μm的情况下，击穿电压高达10400V。由此可见，若想获得较高的击穿电压，AlGaN/GaNHEMT需要牺牲有源区面积作为代价，其击穿场强相较于GaN本征击穿场强相距较大。

为此，采用GaN垂直结构是GaN基功率器件发展的趋势。2016年，松下公司利用再生长p型GaN层制备了GaN基垂直功率器件，击穿电压达到1.7kV，特征导通电阻达到1.0mΩ·cm²；垂直结构器件若想实现增强型需要采用p型GaN材料再生长技术，通常实现p型GaN通常需要进行Mg掺杂，而镁的激活能较高，不易形成较高的空穴浓度，而且采用p型GaN的垂直结构器件制作成本较高，同时成品率与稳定性难以保证。因此，实现高击穿场强、低导通电阻、可靠性高的GaN基功率器件是目前GaN功率器件亟需解决的难题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于自对准场板结构的氮化镓增强型垂直功率晶体管。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于自对准场板结构的氮化镓增强型垂直功率晶体管，包括：

漏极；

自支撑Si掺杂GaN衬底，位于所述漏极上；

n型GaN层，位于所述自支撑Si掺杂GaN衬底上；

n型GaN渡越层，位于所述n型GaN层上；

n型GaN沟道层，位于所述n型GaN渡越层上；

第一介质层，位于所述n型GaN渡越层上；

栅极，位于所述第一介质层上；

第一场板，位于所述n型GaN渡越层上；

第二场板，位于所述第一介质层上；

n型GaN接触层，位于所述n型GaN沟道层上；

源极，位于所述n型GaN接触层上。

在本发明的一个实施例中，所述n型GaN层的厚度为100～300nm，掺杂元素为Si，掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10¹⁹cm^-3。