[发明专利]一种具有高势垒插入层的晶体管器件

说明书

本发明公开了一种具有高势垒插入层的晶体管器件，包括设有沟道层和栅电极的垂直场效应晶体管，在所述沟道层任一表面或沟道层内设有高势垒插入层,所述的高势垒插入层与沟道层电性连接且与栅电极绝缘连接，所述的高势垒插入层用于在栅电极的调控下，控制电子在沟道层内的迁移。所述垂直场效应晶体管包括依次层叠的漏电极、衬底、耐压层、沟道层、接触层；所述接触层远离沟道层的表面设有源电极；所述凹槽自接触层远离沟道层表面向耐压层方向延伸至耐压层内部。本发明所述晶体管器件通过设置高势垒插入层用于调控沟道中的电子输运，设置删电极调控高势垒插入层的势垒，使得所述晶体管器件同时具备高耐压和低导通电阻的特性。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种具有高势垒插入层的晶体管器件。

背景技术

现有的具有异质结结构的横向器件，主要依靠器件栅极与源极之间的有源区承受耐压，并不能完全发挥高耐压材料高击穿电压的优势。其次，横向器件较难实现增强型，且器件性能易受材料表面态的影响，如引起电流坍塌、阈值电压波动等问题。再次，在超高电压应用中，通过增加栅极与源极之间的距离来提高横向器件的耐压，将导致大幅度增加芯片面积，不利于现代电力电子系统实现小型化、集成化和低成本。

相比于横向器件，垂直场效应晶体管不仅可以有效解决上述问题，而且在便于封装和散热等方面具有优势，更加适用于大功率电力电子领域的应用。一般的垂直场效应晶体管包括依次层叠的漏电极、衬底、耐压层、沟道层、接触层、源电极。2008年日本罗姆半导体公司提出具有凹槽栅结构的垂直GaN基场效应晶体管，见参考文献H.Otake,et.al,Vertical GaN-Based Trench Gate Metal Oxide Semiconductor Field-EffectTransistors on GaN Bulk Substrates,Applied Physics Express,vol.1,p.011105,2008。所记载的器件主要包括依次层叠的漏电极、n⁺-GaN衬底、n^--GaN耐压层、p-GaN沟道层、n⁺-GaN接触层、源电极和沟槽栅结构。该器件主要依靠n^--GaN耐压层和p-GaN沟道层之间形成p-n结来实现耐压，器件击穿与n^--GaN耐压层掺杂浓度和厚度相关，欲提高器件耐压，则需降低n^--GaN耐压层掺杂浓度和/或增加n--GaN耐压层厚度，但是器件导通电阻也会随之相应增加。

专利文献1[中国专利申请公开号CN 103035707A]和专利文献2[中国专利申请公开号CN 104167442A]分别提出在垂直GaN基场效应晶体管的耐压层中引入超结或p型GaN岛结构来提高器件击穿电压，但是上述两种结构的制造工艺相当复杂，不易实现。因此，如何高效简便地提高垂直场效应晶体管的耐压成为当前业界亟待解决的重点难题之一。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明目的在于提供同时具备高击穿电压和低导通电阻特性的一种具有高势垒插入层的晶体管器件。

本发明所述的一种具有高势垒插入层的晶体管器件，包括设有沟道层和栅电极的垂直场效应晶体管，其特征在于，在所述沟道层任一表面或沟道层内设有高势垒插入层,所述的高势垒插入层与沟道层电性连接且与栅电极绝缘连接，所述的高势垒插入层用于在栅电极的调控下，控制电子在沟道层内的迁移。

优选地，所述高势垒插入层为AlGaN插入层。

优选地，所述AlGaN插入层中Al组分为x，其范围为0.05≤x≤0.95。

优选地，所述AlGaN插入层为n型掺杂或p型掺杂或不掺杂。

优选地，所述AlGaN插入层厚度为T，其范围为1nm≤T≤2μm。