本发明涉及宽禁带半导体材料与器件，尤其涉及一种具有齿状p-gan埋层的凹槽mis结构晶体管。
背景技术：
1、氮化镓(gan)材料具有宽禁带、耐高温的特性，使得algan/gan hemt器件能在高温、强电场、高频大功率等环境下正常工作且器件特性不受影响。目前已在新能源、电动汽车、5g通信等领域得到了很大的发展。
2、p-gan栅hemt器件通过在栅电极与algan势垒层之间生长一层p型掺杂的gan层来实现增强型器件，可得到正的阈值电压，其具有制备工艺简单、刻蚀损伤小的优点，但其过低的阈值电压以及器件关闭下低的击穿电压使得制备的p-gan hemt器件需要设计专门的驱动电路，才能确保器件的正常工作。因此提升p-gan hemt器件的阈值电压以及击穿电压、增大器件的电流、提升器件的可靠性仍是目前需要解决的问题。
3、现有技术中，gan hemt器件可采用场板技术、离子注入技术、栅边缘刻蚀技术等方法来提升器件的击穿电压，凹槽结构等能提升器件的阈值电压特性等。公开号为cn107170671a的专利申请公开了一种基于离子注入的gan功率器件及其制造方法，其栅边缘刻蚀技术、场板技术仅能缓解栅电极边沿局部峰值电场，不能缓解器件源漏之间整体的电场变化以及平均电场，对器件的耐压提升有限，离子注入技术会对器件的沟道层造成损伤从而影响器件的耐压性能，降低器件的可靠性，限制了器件的性能。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有齿状p-gan埋层的凹槽mis结构晶体管，在gan缓冲层中设置齿状的源漏间p-gan埋层，能改善器件栅漏之间、栅源之间、源漏之间的电场分布，降低平均电场大小，相较于以往的方法本发明对电场缓解效果更优，增大了器件的击穿电压，使器件更难被击穿；其次通过刻蚀栅下方区域的势垒层形成凹槽结构，在凹槽上方淀积p-gan层，在凹槽p-gan层与栅电极之间生长栅介质层来获得高的阈值电压与大电流，减少器件的栅漏电，同时提升栅的耐压能力，提升器件的开关速度，提升器件工作的可靠性。
2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
3、一种具有齿状p-gan埋层的凹槽mis结构晶体管，包括自下而上依次设置的衬底1、成核层2、第一gan缓冲层3、源漏间p-gan埋层4、第二gan缓冲层5、gan层6和algan势垒层7；所述algan势垒层7上两侧分别设有漏电极13与源电极12，algan势垒层7上靠近漏电极13的一侧设有栅电极槽8，栅电极槽8内设置有自下而上设置的p-gan层9、栅介质层10和栅电极11；第一gan缓冲层3与第二gan缓冲层5的相对的一面分布有齿状凸起及与凸起相适配的凹槽，源漏间p-gan埋层4位于第一gan缓冲层3与第二gan缓冲层5之间，且源漏间p-gan埋层4与第一gan缓冲层3及第二gan缓冲层5的接触面的形状相适配。
4、所述第一gan缓冲层3与第二gan缓冲层5的相对面的齿状凸起及凹槽呈方型、弧形、锥形、梯形或阶梯形；所述源漏间p-gan埋层4的厚度为150nm～300nm。
5、所述锥形的锥尖角度为30°～60°，梯形的倾斜角度为45°～90°，阶梯形的阶梯倾斜角度为45°～60°。
6、所述栅电极11为肖特基接触，源电极12与漏电极13分别与algan势垒层7接触，且源电极12与漏电极13互不相连。
7、所述源电极12、漏电极13均采用ti作为基金属，从下到上依次为ti、al、ni和au整体固化形成，其中，ti金属为势垒层金属，ti扩散到algan势垒层7中形成低功函数的tin且产生氮空位，进而形成欧姆接触。
8、所述栅电极槽8深度为20nm～25nm。
9、所述源漏间p-gan埋层4的p型掺杂浓度为3e16cm-3～8e17cm-3；p-gan层9中p型掺杂浓度为5e17cm-3～7e17cm-3。
10、所述成核层2为al组分渐变的algan层构成，自下而上分别为150nm～200nm厚的al0.2ga0.8n、150nm～200nm厚的al0.5ga0.5n和150nm～200nm厚的al0.8ga0.2n。
11、所述栅电极11长3.5～4.0μm，源电极、漏电极间距为10～15μm，栅电极、源电极间距为1～2.5μm，栅电极、漏电极间距为8.5μm-10μm。
12、所述栅介质层10材料为高介电系数介质材料，包括al2o3、aln。
13、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
14、1、本发明在gan缓冲层中设置齿状的源漏间p-gan埋层4，能改善器件栅漏之间、栅源之间、源漏之间的电场分布，降低平均电场大小，相较于以往的方法本发明对电场缓解效果更优，增大了器件的击穿电压，使器件更难被击穿。
15、2、通过在第一gan缓冲层中设置齿状源漏间p-gan埋层4，可以增加载流子的浓度、降低晶格缺陷，提升晶格质量，改善载流子的迁移率，能改善器件栅漏之间、栅源之间、源漏之间的电场分布进而降低平均电场大小。相较于栅边缘等技术此方法能够缓解整个器件的电场分布，对电场缓解效果更优，有利于增大器件的击穿电压，使器件更难被击穿。与没有源漏间p-gan埋层4结构的常规p-gan栅hemt器件相比，本发明器件的击穿电压可达到1421v，极大的提升了器件击穿电压。其次通过刻蚀栅下方区域的势垒层形成凹槽结构，在凹槽上方淀积p-gan层从而更好耗尽下方的二维电子气(2deg)得到增强型器件。
16、3、本发明通过刻蚀栅下方区域的algan势垒层7形成凹槽结构，在栅电极槽8上方淀积p-gan层9从而更好耗尽下方的二维电子气(2deg)，得到增强型器件。在凹槽p-gan层9与栅电极11之间生长的栅介质层10来获得高的阈值电压与大电流，减少器件的栅漏电，同时提升栅的耐压能力，提升器件的开关速度，提升器件工作的可靠性。与常规器件相比，本发明器件的击穿电压可达到1421v，在器件工艺制备过程中简化了工艺流程，降低了制造成本。
17、4、本发明在制备中，采用在凹槽内的p-gan层9与栅电极11之间的栅介质层10来获得高的阈值电压与大电流，减少器件的栅漏电，同时提升栅电极的耐压能力，提升器件的开关速度，进而改善器件工作时的可靠性。
18、5、本发明的成核层2采用al组分渐变的algan层构成；避免了在衬底直接生长gan层会有晶格失配、位错缺陷多等问题，而影响后续gan层的外延效果；本发明在添加al组分渐变的aigan层作为成核层后，改善了gan缓冲层与衬底之间的浸润性，减少晶格失配现象，减少了位错等缺陷，从而获得高质量的gan外延层能最大程度地减少材料外延过程中的晶格失配问题以及应力问题，有利于控制gan外延层质量以及应力。
19、综上，本发明具有提升器件击穿电压，减小器件的泄露电流、大幅提升器件的阈值电压、获得大电流、抑制器件的栅漏电现象，同时提升栅电极的耐压能力及器件的开关速度，进而改善器件工作可靠性的优点。
1.一种具有齿状p-gan埋层的凹槽mis结构晶体管，包括自下而上依次设置的衬底(1)、成核层(2)、第一gan缓冲层(3)、源漏间p-gan埋层(4)、第二gan缓冲层(5)、gan层(6)和algan势垒层(7)；其特征在于，所述algan势垒层(7)上两侧分别设有漏电极(13)与源电极(12)，algan势垒层(7)上靠近漏电极(13)的一侧设有栅电极槽(8)，栅电极槽(8)内设置有自下而上设置的p-gan层(9)、栅介质层(10)和栅电极(11)；第一gan缓冲层(3)与第二gan缓冲层(5)的相对的一面分布有齿状凸起及与凸起相适配的凹槽，源漏间p-gan埋层(4)位于第一gan缓冲层(3)与第二gan缓冲层(5)之间，且源漏间p-gan埋层(4)与第一gan缓冲层(3)及第二gan缓冲层(5)的接触面的形状相适配。
2.根据权利要求1所述的一种具有齿状p-gan埋层的凹槽mis结构晶体管，其特征在于，所述第一gan缓冲层(3)与第二gan缓冲层(5)的相对面的齿状凸起及凹槽呈方型、弧形、锥形、梯形或阶梯形；所述源漏间p-gan埋层(4)的厚度为150nm～300nm。
3.根据权利要求2所述的一种具有齿状p-gan埋层的凹槽mis结构晶体管，其特征在于，所述锥形的锥尖角度为30°～60°，梯形的倾斜角度为45°～90°，阶梯形的阶梯倾斜角度为45°～60°。
4.根据权利要求1所述的一种具有齿状p-gan埋层的凹槽mis结构晶体管，其特征在于，所述栅电极(11)为肖特基接触，源电极(12)与漏电极(13)分别与algan势垒层(7)接触，且源电极(12)与漏电极(13)互不相连。
5.根据权利要求1或4所述的一种具有齿状p-gan埋层的凹槽mis结构晶体管，其特征在于，所述源电极(12)、漏电极(13)均采用ti作为基金属，从下到上依次为ti、al、ni和au整体固化形成，其中，ti金属为势垒层金属，ti扩散到algan势垒层(7)中形成低功函数的tin且产生氮空位，进而形成欧姆接触。
6.根据权利要求1所述的一种具有齿状p-gan埋层的凹槽mis结构晶体管，其特征在于，所述栅电极槽(8)深度为20nm～25nm。
7.根据权利要求1所述的一种具有齿状p-gan埋层的凹槽mis结构晶体管，其特征在于，所述源漏间p-gan埋层(4)的p型掺杂浓度为3e16cm-3～8e17cm-3；p-gan层(9)中p型掺杂浓度为5e17cm-3～7e17cm-3。
8.根据权利要求1所述的一种具有齿状p-gan埋层的凹槽mis结构晶体管，其特征在于，所述成核层(2)为al组分渐变的algan构成，自下而上分别为150nm～200nm厚的al0.2ga0.8n、150nm～200nm厚的al0.5ga0.5n和150nm～200nm厚的al0.8ga0.2n。
9.根据权利要求1所述的一种具有齿状p-gan埋层的凹槽mis结构晶体管，其特征在于，所述栅电极(11)长3.5～4.0μm，源电极、漏电极间距为10～15μm，栅电极、源电极间距为1～2.5μm，栅电极、漏电极间距为8.5μm-10μm。
10.根据权利要求1所述的一种具有齿状p-gan埋层的凹槽mis结构晶体管，其特征在于，栅介质层(10)材料为高介电系数介质材料，包括al2o3、aln。
