【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于微電子領域，具體為一種含jfet結構的增強型氮化鎵高電子遷移率晶體管，是一種可以有效提高器件閾值電壓和閾值電壓穩定性的半導體晶體管。
技術介紹
1、基于氮化鎵的高電子遷移率晶體管(high?electron?mobility?transistor，hemt)具有臨界擊穿電場高、電子飽和速度高、導熱性能好、抗輻射和良好的化學穩定性等優異特性，特別適用于大電流、低功耗、高頻高壓領域，正逐漸成為高壓功率開關模塊的首要選擇。為保證電力電子系統的安全運行，常關特性是非常必要的，即增強型(e-mode)ganhemt的實現。
2、近年來，幾種實現增強型氮化鎵場效應晶體管的方法已經被提出來，例如使用cascode結構、凹柵結構、氟離子注入和p型摻雜氮化鎵層。其中，得益于工藝實現簡單，可靠性好，性能優異，具有p型摻雜氮化鎵層(p-gan)的氮化鎵場效應晶體管已經被廣泛商業化。
3、傳統的增強型p-gan?hemt的結構如圖1所示，主要包括襯底、氮化鎵緩沖層，氮化鎵溝道層，鋁鎵氮勢壘層，p型摻雜氮化鎵層以及鋁鎵氮勢壘層上形成的源極、漏極和柵極；其中源極和漏極與鋁鎵氮勢壘層形成歐姆接觸，柵極與p型摻雜氮化鎵層形成歐姆接觸。
4、2013年，haowang等人使用高功函數的鎢代替鎳成為柵極金屬，鎢與p-gan形成了更高的肖特基勢壘。此結構的柵極偏置更多的降落在p-gan中，閾值電壓從1.23v增加到3.03v。同年，該團隊提出了一種源極連接的p-gan?hemt結構，該結構增加了肖特基勢壘耗盡區的寬度
5、一方面，在具有感性負載的功率轉換中，功率開關需要提供續流路徑以便感性負載中的電流能夠不間斷的從源極流向漏極進行能量傳遞；由于缺乏體二極管，gan?hemt的反向導通能力由柵極控制；因此，gan?hemt的反向導通電壓vrt本質上和閾值電壓vth以及柵壓vgs相關。上述方法在提高閾值電壓的同時不可避免的提高了反向導通電壓，從而引入了嚴重的反向導通損耗。
6、另一方面，對于肖特基接觸的p-gan?hemt，位于肖特基勢壘下方的p-gan區域在電學上沒有與任何電極發生連接。這導致了p-gan區域是浮空的，無法與外界進行自由載流子的交換。因此，在進行快速開關操作時，由于浮空p-gan區感生的電荷無法快速消除，p-gan柵極gan?hemt的閾值電壓會發生漂移，致使器件的閾值電壓穩定性變差。
技術實現思路
1、針對上述存在的問題或不足，本專利技術提供了一種含jfet結構的增強型氮化鎵高電子遷移率晶體管，通過在增強型gan?hemt中引入連接柵極和源極的jfet結構，當對柵極施加偏置時，jfet對柵下勢壘層鉗位，柵極電壓完全施加在jfet上，當jfet達到關斷電壓時，柵極偏置施加在勢壘層上并使二維電子氣溝道導通。本專利技術結構能在顯著提高閾值電壓的同時降低器件的反向導通電壓，減小反向導通損耗；在進行快速開關操作時，p型摻雜氮化鎵層感生的電荷可以通過連接柵源間的jfet快速釋放，提高器件閾值電壓的穩定性。
2、一種含jfet結構的增強型氮化鎵高電子遷移率晶體管，其結構從下至上依次包括襯底101、緩沖層102、溝道層103、勢壘層104。
3、所述勢壘層104上方設有源極108、絕緣介質層105、p型摻雜氮化鎵層106和漏極111；其中源極108與勢壘層104以及p型摻雜氮化鎵層106形成歐姆接觸，漏極111與勢壘層104形成歐姆接觸。
4、所述p型摻雜氮化鎵層106分為兩部分，一部分位于絕緣介質層105上方，另一部分位于絕緣介質層105右側且位于勢壘層104上方；位于絕緣介質層105上方部分的p型摻雜氮化鎵層106中，還設有n型摻雜氮化鎵區域107。
5、所述n型摻雜氮化鎵區域107的上方設有第二柵極110，第二柵極110與n型摻雜氮化鎵區域107形成歐姆接觸。
6、所述絕緣介質層105右側距離為d處，p型摻雜氮化鎵層106的上方設有第一柵極109，d>0，第一柵極109與p型摻雜氮化鎵層106形成肖特基接觸；且第一柵極109與第二柵極110進行金屬互連形成柵極g。
7、所述n型摻雜氮化鎵區域107與p型摻雜氮化鎵層106以及第二柵極110形成了連通源極108與第一柵極109的結型場效應晶體管jfet結構。
8、整體器件表面的源極108與第二柵極110之間、第二柵極110與第一柵極109之間、以及第一柵極109與漏極111之間均覆蓋有一層鈍化層112。
9、進一步的，所述n型摻雜氮化鎵區域107與p型摻雜氮化鎵層106和第二柵極110形成了連通源極108與第一柵極109的結型場效應晶體管jfet結構，如圖3所示，該結構實現對第一柵極109下方部分p型氮化鎵摻雜層106電壓的鉗位，并為p型摻雜氮化鎵區域106中感生電荷的泄放提供路徑。
10、進一步的，所述n型摻雜氮化鎵區域107的摻雜方式為離子注入形成多n阱區域或均勻摻雜。
11、進一步的，所述襯底101采用的材料為藍寶石、si、sic、aln、gan、金剛石中的一種或幾種的組合。
12、進一步的，所述緩沖層102、溝道層103采用的材料為gan、aln、algan、ingan、inaln中的一種或幾種的組合。
13、進一步的，所述勢壘層104采用的材料為alxga1-xn，其中0≤x≤1。
14、進一步的，所述絕緣介質層105采用的材料為al2o3、hfo2、zno和sio2中的一種或幾種組合。
15、進一步的，所述鈍化層112采用的材料為sio2、si3n4中的一種。
16、本專利技術的有益效果是：1)本專利技術在傳統p-gan?hemt的基礎上，引入連接柵極和源極的jfet結構，當對柵極施加偏置時，jfet對第一柵極109下方部分p型氮化鎵摻雜層106電壓鉗位，柵極電壓完全施加在jfet上，當jfet達到關斷電壓時，柵極偏置施加在勢壘層上并使二維電子氣溝道導通。閾值電壓由jfet結構關斷電壓控制，實現了閾值電壓和反向導通電壓的解耦，致使閾值電壓大幅度提升。2)jfet結構的引入為p-gan區域的感生電荷的泄放提供了路徑，提高了器件閾值電壓的穩定性。3)本專利技術制備工藝簡單易行，且與傳統工藝兼容，可工業化生產。
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1.一種含JFET結構的增強型氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于：
2.如權利要求1所述含JFET結構的增強型氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于：
3.如權利要求1所述含JFET結構的增強型氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于：所述n型摻雜氮化鎵區域(107)的摻雜方式為離子注入形成多n阱區域或均勻摻雜。
4.如權利要求1所述含JFET結構的增強型氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于：所述襯底(101)采用的材料為藍寶石、Si、SiC、AlN、GaN、金剛石中的一種或幾種的組合；
5.如權利要求1所述含JFET結構的增強型氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于：所述緩沖層(102)、溝道層(103)采用的材料為GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InAlN中的一種或幾種的組合。
6.如權利要求1所述含JFET結構的增強型氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于：所述勢壘層(104)采用的材料為AlxGa1-xN，其中0≤x≤1。
7.如權利要求1所述含JFET結構的增強型氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于
8.如權利要求1所述含JFET結構的增強型氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于：所述鈍化層(112)采用的材料為SiO2或Si3N4。
...【技術特征摘要】
1.一種含jfet結構的增強型氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于：
2.如權利要求1所述含jfet結構的增強型氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于：
3.如權利要求1所述含jfet結構的增強型氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于：所述n型摻雜氮化鎵區域(107)的摻雜方式為離子注入形成多n阱區域或均勻摻雜。
4.如權利要求1所述含jfet結構的增強型氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于：所述襯底(101)采用的材料為藍寶石、si、sic、aln、gan、金剛石中的一種或幾種的組合；
5.如權利要求1所述含jfet結構的增強型氮化鎵高電子遷移率晶體管，其特征在于：所...
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