【技术实现步骤摘要】
横向GaN基增强型结型场效应管器件及其制备方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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-Ga ...
【技术保护点】
1.一种横向GaN基增强型结型场效应管器件,其结构包括:/n一衬底层;/n一生长于衬底层上的半绝缘GaN层;/n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条形凹槽,深至半绝缘GaN层;/n还包括填充在n-GaN沟道层的条形凹槽中的条形p-GaN,p-GaN与n-GaN沟道层形成多片夹心式的p-n结;/n源电极和漏电极,分别设置在n-GaN沟道层顶表面的两端;/n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。/n
【技术特征摘要】
1.一种横向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条形凹槽,深至半绝缘GaN层;
还包括填充在n-GaN沟道层的条形凹槽中的条形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。
2.根据权利要求1所述的横向GaN基增强型结型场效应管器件,其特征在于:所述衬底层为蓝宝石衬底、Si衬底或SiC衬底。
3.根据权利要求1所述的横向GaN基增强型结型场效应管器件,其特征在于:所述半绝缘GaN层高度为2-5μm。
4.根据权利要求1所述的横向GaN基增强型结型场效应管器件,其特征在于:所述n-GaN沟道层的沟道宽度为300-500nm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的横向GaN基增强型结型场效应管器件,其特征在于: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。
6.根据权利要求5所述的横向GaN基增强型结型场效应管器件,其特征在于: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。
7.权利要求1-6中任一项所述的横向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;
(2)用ICP刻蚀的方法,在n-GaN基底上刻蚀出多片凹槽,深度至半绝缘GaN层;
(3)采用掩模选区工艺,使用MOCVD或者MBE系统再生长p-GaN,使凹槽中填满p-GaN,使p-GaN表面与n-GaN沟道层表面齐平或略高于n-GaN沟道层...
【专利技术属性】
技术研发人员:郭慧,陈敦军,张荣,郑有炓,
申请(专利权)人:南京大学,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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