[发明专利]横向GaN基增强型结型场效应管器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种横向GaN基增强型结型场效应管器件及其制备方法。该器件利用刻槽+外延再生长或离子注入在n‑GaN基底上获得多片式垂直条状结构p‑GaN，与n‑GaN基底形成多个薄的p‑n结横向n型沟道，再通过沟道厚度以及p型和n型掺杂浓度的控制，使n型沟道在零偏下处于p‑n结内建电场的完全耗尽状态，即器件处于关断状态，需要施加正向偏压才能使沟道处于导通状态，即器件具有正的阈值电压。同时，多沟道保证了器件的大电流输出。

技术领域

本发明涉及一种增强型结型场效应晶体管(JFET)，尤其是一种横向GaN基增强型结型场效应管。

背景技术

功率半导体器件作为功率转换、控制电路、功率管理等电力电子系统的核心器件，广泛应用于电力传输、交通运输、消费电子等重要领域。GaN基场效应晶体管因具有工作频率高、导通电阻低、功率密度高、耐击穿电压高等优势，因而具有广阔的应用前景。AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)因生长工艺相对容易实现而发展较快，而GaN基结型场效应晶体管(JFET)需要利用再生长或离子注入工艺来实现p-n结，制备工艺较为复杂，因此其发展也相对滞后。但JFET器件具有输入阻抗高、噪声小、极限频率高、功耗小、抗辐照能力强等特点，在可变电阻和功放领域具有重要应用。JFET一般是耗尽型的器件，栅极只能外加反向电压才能正常工作，而对于电力电子方面的应用，往往要求功率半导体器件为增强型器件，否则会增加驱动电路的设计难度，并增大功率半导体器件的关态损耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种横向GaN基增强型结型场效应管器件，实现了增强型的GaN基结型场效应晶体管。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种横向GaN基增强型结型场效应管器件，其结构包括：

一衬底层；

一生长于衬底层上的半绝缘GaN层；

一生长于半绝缘GaN层上的n-GaN沟道层，所述n-GaN沟道层内设多个平行的沟道，深至半绝缘GaN层；

还包括填充在n-GaN沟道层的沟道中的条形p-GaN，p-GaN与n-GaN沟道层形成多片夹心式的p-n结；

源电极和漏电极，分别设置在n-GaN沟道层顶表面的两端；

栅电极，覆盖p-GaN的顶表面，并在一端联结，形成叉指结构的栅电极。

优选的，所述衬底层为蓝宝石衬底、Si衬底或SiC衬底。

优选的，所述半绝缘GaN层高度为2-5μm。

优选的，所述n-GaN沟道层沟道宽度为300-500nm。

优选的，n-GaN沟道层中，n-GaN的沟道厚度为50-200nm，沟道长度15-30μm，硅掺杂浓度为1*10¹⁸cm^-3；p-GaN表面与n-GaN沟道层表面齐平或略高于n-GaN沟道层表面，p-GaN的宽度为50-100nm，长度与n-GaN沟道层的沟道长度相同，掺杂浓度为1*10¹⁸-1*10¹⁹cm-3，控制沟道宽度，使其沟道在零偏下处于耗尽状态。即器件为增强型模式。略高于n-GaN沟道层表面是指高度差在50nm以内。

优选的，所述源电极和漏电极为Ti/Al/Ni/Au多层金属，厚度为30/150/50/150nm，栅电极为Ni/Au多层金属，厚度为50/100nm。

本发明还公开了上述的横向GaN基增强型结型场效应管器件的制备方法，其步骤包括：

(1)MOCVD法在衬底表面沉积半绝缘GaN层和n-GaN沟道层；