本发明专利技术公开了一种具有P型GaN岛的垂直氮化镓基异质结场效应晶体管，包括AlGaN势垒层，所述AlGaN势垒层上部设有源极和栅极，下部依次为GaN沟道层、p-GaN电流阻挡层、n-GaN缓冲层、n+-GaN衬底、漏极；所述p-GaN电流阻挡层中心设有宽度为LAP的孔径，且嵌套在n-GaN缓冲层上部，所述n-GaN缓冲层内设有p-GaN岛，所述p-GaN岛位于p-GaN电流阻挡层与n+-GaN衬底之间。本发明专利技术所提出的GaNPI-VHFET中，通过使用p-GaN岛层，在n-GaN缓冲层内引入额外的p型杂质，截止状态下耗尽n-GaN缓冲层区域，使得缓冲层在耐压时相当于本征区，因此可以抑制常规GaNVHFET中，垂直电场强度随着远离p-GaN电流阻挡层与n-GaN缓冲层界面不断减小的问题，从而提升器件的击穿电压。同时，截止状态下漏极泄漏电流也将有所降低。
【技术实现步骤摘要】
一种具有P型GaN岛的垂直氮化镓基异质结场效应晶体管
本专利技术涉及半导体高耐压器件领域，具体是指一种具有P型GaN岛的垂直氮化镓基异质结场效应晶体管。
技术介绍
氮化镓基异质结场效应晶体管（GaNHeterojunctionFiele-EffectTransistor，GaNHFET）不但具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和速度高、导热性能好、抗辐射和良好的化学稳定性等优异特性，同时氮化镓（GaN）材料可以与铝镓氮（AlGaN）等材料形成具有高浓度和高迁移率的二维电子气异质结沟道，因此特别适用于高压、大功率和高温应用，是电力电子应用最具潜力的晶体管之一。现有的高耐压GaNHFET结构主要为横向器件，器件基本结构如图1所示。器件主要包括衬底，GaN缓冲层，AlGaN势垒层以及AlGaN势垒层上形成的源极、漏极和栅极，其中源极和漏极与AlGaN势垒层形成欧姆接触，栅极与AlGaN势垒层形成肖特基接触。但是对于横向GaNHFET而言，在截止状态下，从源极注入的电子可以经过GaN缓冲层到达漏极，形成漏电通道，过大的缓冲层泄漏电流会导致器件提前击穿，无法充分发挥GaN材料的高耐压优势，从而限制GaNHFET在高压方面的应用。同时横向GaNHFET器件主要依靠栅极与漏极之间的有源区来承受耐压，要获得大的击穿电压，需设计很大的栅极与漏极间距，从而会增大芯片面积，不利于现代电力电子系统便携化、小型化的发展趋势。与横向GaNHFET相比，垂直GaN异质结场效应晶体管（GaNVerticalHeterojunctionFiele-EffectTransistor，GaNVHFET）结构可以有效地解决以上问题。常规GaNVHFET结构如图2所示，器件主要包括漏极、n+-GaN衬底、n-GaN缓冲层、p-GaN电流阻挡层、GaN沟道层、AlGaN势垒层和AlGaN势垒层上形成的栅极和源极，其中漏极与n+-GaN衬底形成欧姆接触，源极与AlGaN势垒层形成欧姆接触，栅极与AlGaN势垒层形成肖特基接触。与横向GaNHFET相比，GaNVHFET存在以下优势：器件主要通过栅极与漏极之间的纵向间距，即n-GaN缓冲层来承受耐压，器件横向尺寸可以设计的非常小，有效节省芯片面积；同时p-GaN电流阻挡层与n-GaN缓冲层之间形成的p-n结可以有效阻挡从源极注入的电子，从而抑制器件缓冲层泄漏电流。除此之外，GaNVHFET结构还具有便于封装、低沟道温度等多方面优点。对于常规GaNVHFET结构而言，器件主要依靠p-GaN电流阻挡层与n-GaN缓冲层之间形成的p-n结来承受耐压，器件内峰值电场达到临界电场或者泄漏电流达到阈值时，n-GaN缓冲层内耗尽区宽度的大小决定了器件的击穿电压，随着n-GaN缓冲层厚度的增大，击穿时n-GaN内的耗尽区宽度也随之增大，但是当n-GaN缓冲层厚度超过一定值后，击穿时n-GaN内的耗尽区宽度达到饱和，器件的击穿电压也达到饱和，不再随着n-GaN缓冲层厚度的增大而增大，从而限制了GaNVHFET的高耐压应用。同时n-GaN缓冲层内的垂直电场强度会随着远离p-GaN电流阻挡层与n-GaN缓冲层之间的p-n结界面而逐渐降低，由于器件击穿电压等于n-GaN缓冲层内的垂直电场强度沿着y轴方向的积分，不断降低的垂直电场强度使得器件的击穿电压无法达到GaN材料极限，不能充分发挥GaN基器件的高耐压优势。在专利文献1[中国专利申请公开号：CN103151392A]中，提出了一种带有p-GaN埋层结构的垂直氮化镓基异质结场效应晶体管，通过在源极与漏极之间引入额外的p-n结，使得器件源漏间所加电压由多个p-n结承担，并改变了常规结构中电场随着远离电流阻挡层与缓冲层之间的p-n结面而降低的现象，提高了漏极附近的电场强度，从而实现了提高器件的击穿电压。但是，该结构源漏之间的电场呈现出锯齿状分布，每个p-n结界面处电场达到临界电场时其余位置的电场却仍低于临界击穿电场，耐压仍有进一步提升的潜力。
技术实现思路
针对常规GaNVHFET器件存在的问题，本专利技术提供了一种能将器件击穿电压提高接近极限的具有P型GaN岛的垂直氮化镓基异质结场效应晶体管。本专利技术通过下述技术方案实现：一种具有P型GaN岛的垂直氮化镓基异质结场效应晶体管，包括势垒层，所述势垒层上部设有源极和栅极，下部依次为沟道层、p-GaN电流阻挡层、n-GaN缓冲层、n+-GaN衬底、漏极；所述p-GaN电流阻挡层中心设有宽度为LAP的孔径，且嵌套在n-GaN缓冲层上部，所述n-GaN缓冲层内设有p-GaN岛，所述p-GaN岛位于p-GaN电流阻挡层与n+-GaN衬底之间。通过在n-GaN缓冲层内引入p-GaN岛层，击穿时n-GaN缓冲层被p-GaN岛完全耗尽，使得器件主要承受耐压从原来的p-GaN电流阻挡层与n-GaN缓冲层之间形成的p-n结，变成了由p-GaN电流阻挡层、GaN缓冲层、n+-GaN衬底形成的p-i-n结，其中i本征区内电场几乎保持不变，从而大大提升n-GaN缓冲层内电场强度，进而提升器件的耐压强度。同时，由于p-i-n结本征区电场不变的特性，缓冲层中电场近似等于临界电场并保持不变，这使得本专利技术的器件击穿电压将更接近极限。为更好地实现本专利技术，进一步地，所述p-GaN岛沿着纵轴方向，从上至下共分为n层，n为正整数，n的范围1≤n≤1000。为更好地实现本专利技术，进一步地，所述p-GaN岛层的每一层均为同一中心线，该中心线也是n-GaN缓冲层的中心线。为更好地实现本专利技术，进一步地，所述的p-GaN岛层长度为Lp，其范围为1nm≤Lp≤LAP。所述的p-GaN岛层厚度为Tp，其范围为1nm≤Tp≤5μm。为更好地实现本专利技术，进一步地，所述的p-GaN岛层相邻两层间距离为Tp-p，其范围为1nm≤Tp-p≤30μm。为更好地实现本专利技术，进一步地，所述的p-GaN岛层顶层与p-GaN电流阻挡层之间的间距为TC-P，其范围为1nm≤TC-P≤15μm，p-GaN岛层底层与n+-GaN衬底之间的间距为TP-S，其范围为1nm≤TP-S≤15μm。为更好地实现本专利技术，进一步地，所述的p-GaN岛层中，每层掺杂浓度范围为1×1015~1×1020cm-3。为更好地实现本专利技术，进一步地，所述的p-GaN岛层的形状为长方形。p-GaN岛层的形状不仅限于长方形，还包括椭圆、圆形、三角形、梯形、六边形以及其他形状。为更好地实现本专利技术，进一步地，所述p-GaN电流阻挡层的厚度为0.1~5μm，掺杂浓度为1×1015~1×1020cm-3。为更好地实现本专利技术，进一步地，所述势垒层的材料为AlxInyGazN，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z=1。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本专利技术通过在n-GaN缓冲层内引入p-GaN岛层，击穿时n-GaN缓冲层被p-GaN岛完全耗尽，使得器件主要承受耐压从原来的p-GaN电流阻挡层与n-GaN缓冲层之间形成的p-n结，变成了由p-GaN电流阻挡层、GaN缓冲层、n+-GaN衬底形成的p-i-n结，其中i本征区内电场几乎保持不变，从而大大提升n-GaN缓冲层内电场强度，进而提升器件的耐压强度。同时，由于p-i-n本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有P型GaN岛的垂直氮化镓基异质结场效应晶体管，其特征在于：包括势垒层（103），所述势垒层（103）上部设有源极（101）和栅极（102），下部依次为沟道层（104）、p‑GaN电流阻挡层（201）、n‑GaN缓冲层（105）、n+‑GaN衬底（202）、漏极（203）；所述p‑GaN电流阻挡层（201）中心设有宽度为LAP的孔径，且嵌套在n‑GaN缓冲层（105）上部，所述n‑GaN缓冲层（105）内设有p‑GaN岛（301），所述p‑GaN岛（301）位于p‑GaN电流阻挡层（201）与n+‑GaN衬底（202）之间。
【技术特征摘要】
1.一种具有P型GaN岛的垂直氮化镓基异质结场效应晶体管，其特征在于：包括势垒层（103），所述势垒层（103）上部设有源极（101）和栅极（102），下部依次为沟道层（104）、p-GaN电流阻挡层（201）、n-GaN缓冲层（105）、n+-GaN衬底（202）、漏极（203）；所述p-GaN电流阻挡层（201）中心设有宽度为LAP的孔径，且嵌套在n-GaN缓冲层（105）上部，所述n-GaN缓冲层（105）内设有p-GaN岛（301），所述p-GaN岛（301）位于p-GaN电流阻挡层（201）与n+-GaN衬底（202）之间；所述p-GaN岛（301）沿着纵轴方向，从上至下共分为n层，n为正整数，n的范围1≤n≤1000；所述p-GaN岛层（301）的每一层均为同一中心线，该中心线也是n-GaN缓冲层（105）的中心线。2.根据权利要求1所述的一种具有P型GaN岛的垂直氮化镓基异质结场效应晶体管，其特征在于：所述的p-GaN岛层（301）长度为Lp，其范围为1nm≤Lp≤LAP，所述的p-GaN岛层（301）厚度为Tp，其范围为1nm≤Tp≤5μm。3.根据权利要求1所述的一种具有P型GaN岛的垂直氮化镓基异质结场效应晶体管，其特征在于：所述的p-GaN岛层（301）...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜江锋，刘东，陈南庭，潘沛霖，于奇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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