降低衬底漏电流的GaN基JFET场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种降低衬底漏电流的GaN基JFET场效应晶体管，其特征在于其结构依次包括：一衬底层；一p

【技术实现步骤摘要】
降低衬底漏电流的GaN基JFET场效应晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种降低衬底漏电流的GaN基JFET场效应晶体管及其制备方法，属于半导体器件


技术介绍

[0002]相比于传统硅基晶体管，氮化镓基晶体管在所有功率转换中提供了更高的效率和更低的功率损耗，它可以在更高的频率下工作，并且由于更宽的禁带宽度，能够在高温条件下工作，可以减少硅基电力电子设备可能需要的散热装置。这样氮化镓基晶体管可以更方便快捷地应用到不同环境不同场合。同时，结型场效应管(JFET)器件又具有输入阻抗高、噪声小、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。但对于传统的横向JFET，如何降低衬底漏电流一直是一个棘手的问题，而在具体的应用环境中，往往对器件鲁棒性有一定要求，但较高的衬底漏电流恰恰可能导致器件寿命降低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种降低衬底漏电流的GaN基JFET场效应晶体管，可以有效降低晶体管通过衬底漏电。
[0004]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0005]一种降低衬底漏电流的GaN基JFET场效应晶体管，其特征在于其结构依次包括：
[0006]一衬底层；
[0007]一生长在衬底层上的p
‑
GaN缓冲层；
[0008]一生长于p
‑
GaN缓冲层上的AlN层；
[0009]一生长于AlN层上的p
‑
GaN层；
[0010]一生长于p
‑
GaN层上的n
‑
GaN沟道层；
[0011]n
‑
GaN沟道层填充有两片p
‑
GaN，p
‑
GaN与两边的n
‑
GaN沟道层形成两个背靠背的p
‑
n结，控制沟道宽度，使沟道在零偏压下处于耗尽状态；
[0012]源电极和漏电极，分别设置在n
‑
GaN沟道层n
‑
GaN顶表面的两端；
[0013]栅电极，覆盖沟道内填充的p
‑
GaN的顶表面，并在一端联结，形成叉指结构的栅电极。
[0014]优选的，所述衬底层为蓝宝石衬底、Si衬底或SiC衬底。
[0015]优选的，所述p
‑
GaN缓冲层高度为2
‑
5μm，掺杂浓度为1*10
18
cm
‑3‑
1.5*10
19
cm
‑3。
[0016]优选的，n
‑
GaN沟道层中，沟道宽度为300
‑
500nm。
[0017]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；p
‑
GaN表面与n
‑
GaN沟道层表面齐平，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*10
18
‑
1*10
19
cm
‑3。
[0018]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。
[0019]本专利技术还公开了上述的GaN基JFET场效应晶体管的制备方法，其步骤包括：
[0020](1)MOCVD法在衬底层表面沉积p
‑
GaN缓冲层、AlN层以及n
‑
GaN沟道层；
[0021](2)用ICP刻蚀的方法，在n
‑
GaN沟道层上刻蚀出两条凹槽，形成一条形沟，条形沟深度到p
‑
GaN层；
[0022](3)采用掩模选区工艺，使用MOCVD或者MBE系统再生长p
‑
GaN，使条形沟中填满p
‑
GaN，p
‑
GaN表面与n
‑
GaN沟道层表面齐平，形成两个背靠背的p
‑
n结；
[0023](4)用电子束蒸镀的方法在n
‑
GaN沟道层的n
‑
GaN顶表面两端制作Ti/Al/Ni/Au源漏金属电极，在p
‑
GaN顶表面制作叉指结构的Ni/Au栅金属。
[0024]优选的，步骤(2)中条形沟刻蚀深度到p
‑
GaN层并过刻50
‑
100nm，以保证n
‑
GaN被完全去除。
[0025]本专利技术还公开了上述的GaN基JFET场效应晶体管的制备方法，其步骤包括：
[0026](1)MOCVD法在衬底表面沉积p
‑
GaN层、AlN层以及n
‑
GaN沟道层；
[0027](2)采用Mg离子注入的方法，在n
‑
GaN沟道层中注入出两片垂直条状结构的p
‑
GaN，形成两个背靠背的p
‑
n结；
[0028](3)用电子束蒸镀的方法在n
‑
GaN沟道层顶表面两端制作Ti/Al/Ni/Au源漏金属电极，在p
‑
GaN顶表面制作叉指结构的Ni/Au栅金属。
[0029]优选的，步骤(2)中注入离子的能量为100
‑
120KeV，注入剂量为1*10
18
cm
‑3‑
1*10
19
cm
‑3，在800
‑
1200℃退火30s
‑
60s。
[0030]本专利技术利用刻蚀+外延再生长或离子注入在n
‑
GaN基底上获得垂直叉指结构p
‑
GaN，与n
‑
GaN基底形成薄的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，用p
‑
GaN作为缓冲层并且在两个p
‑
GaN层间加入AlN电子阻挡层可以有效的降低衬底漏电流。
[0031]本专利技术实现了加入AlN层的增强型GaN基结型场效应晶体管。而传统的结型场效应晶体管都是耗尽型的，零偏下处于导通状态，会增加功率半导体器件的关态损耗，并且使用时不安全。本专利技术的增强型器件不仅没有这些问题，还可以简化驱动电路。最重要的是，传统的结型场效应管一般运用n
‑
GaN作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低衬底漏电流的GaN基JFET场效应晶体管，其特征在于其结构依次包括：一衬底层；一生长在衬底层上的p
‑
GaN缓冲层；一生长于p
‑
GaN缓冲层上的AlN层；一生长于AlN层上的p
‑
GaN层；一生长于p
‑
GaN层上的n
‑
GaN沟道层；n
‑
GaN沟道层填充有两片p
‑
GaN，p
‑
GaN与两边的n
‑
GaN沟道层形成两个背靠背的p
‑
n结，控制沟道宽度，使n
‑
GaN沟道在零偏压下处于耗尽状态；源电极和漏电极，分别设置在n
‑
GaN沟道层n
‑
GaN顶表面的两端；栅电极，覆盖沟道内填充的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GaN基JFET场效应晶体管，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GaN基JFET场效应晶体管，其特征在于：所述p
‑
GaN缓冲层高度为2
‑
5μm，掺杂浓度为1*10
18
cm
‑3‑
1.5*10
19
cm
‑3。4.根据权利要求1所述的GaN基JFET场效应晶体管，其特征在于：n
‑
GaN沟道层中，沟道宽度为300
‑
500nm。5.根据权利要求1所述的GaN基JFET场效应晶体管，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；p
‑
GaN表面与n
‑
GaN沟道层表面齐平，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*10
18
‑
1*10
19
cm
‑3。6.根据权利要求1所述的GaN基JFET场效应晶体管，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敦军，邵克戌，郭慧，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：