一种互补J-FET氮化镓反相器及其制备方法和电源适配器

本发明涉及半导体器件，特别涉及一种互补j-fet氮化镓反相器及其制备方法和电源适配器。

背景技术：

1、反相器是一种能够将输入信号的相位反转180度的电路。它在模拟电路和数字电路设计中都有广泛的应用，例如在音频放大、时钟振荡器等方面。反相器的工作原理是通过特定的电路结构，使得输入信号经过处理后，输出信号的相位与输入信号相反。

2、现有的传统反相器存在明显的缺陷：1)制备工艺复杂、电路复杂，器件的尺寸较大，且器件生产过程通常需要用等离子体蚀刻，对器件性能会带来比较大的影响；2)由于两个mos管横向放置，导致散热不好，功耗高；3)最大导通电流密度通常较低，限制在几十ma/mm。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种互补j-fet氮化镓反相器及其制备方法和电源适配器，旨在解决现有技术中反相器制备工艺复杂、电路复杂、器件尺寸大、导通电流密度较小以及功耗较高的问题。

2、为实现上述目的，本发明提出一种互补j-fet氮化镓反相器的其制备方法，包括以下步骤：

3、s10、提供一衬底；

4、s20、在所述衬底的一侧设置n-gan层以及p-gan层，所述n-gan层以及p-gan层均叠设于所述衬底上；

5、s30、在所述n-gan层内部的两个局部区域设置两个内嵌式p-gan层，在所述p-gan层内部的两个局部区域设置两个内嵌式n-gan层。

6、在一实施方式中，步骤s20包括：

7、s21、在所述衬底一侧设置n-gan主体层；

8、s22、将所述n-gan主体层分为两个区域，对其中一个区域光刻并注入离子，形成p-gan层，另一个区域为所述n-gan层。

9、在一实施方式中，步骤s10中：所述衬底的材料包括n-gan、sic中的任一种；和/或，

10、所述衬底的厚度为300～400μm。

11、在一实施方式中，步骤s21中，所述n-gan主体层中的掺杂元素为硅，所述n-gan主体层中硅的浓度为1×1018cm-3～3×1018cm-3。

12、在一实施方式中，步骤s22中：所述n-gan层的厚度为12～20μm；和/或，

13、所述p-gan层的厚度为12～20μm；和/或，

14、所述p-gan层中注入离子的浓度为1×1021～3×1021cm-3。

15、在一实施方式中，步骤s30中：所述设置两个内嵌式p-gan层的方式包括注入离子，注入的离子浓度为1×1021～3×1021cm-3；和/或，

16、所述设置两个内嵌式n-gan层的方式包括注入离子，注入的离子浓度为2×1018cm-3～4×1018cm-3。

17、在一实施方式中，步骤s30中：

18、所述设置两个内嵌式p-gan层的方式包括注入离子，所述注入离子中离子包括镁离子或硼离子；和/或，

19、所述设置两个内嵌式n-gan层的方式包括注入离子，所述注入离子中离子包括硅离子或磷离子。

20、本发明还提供一种互补j-fet氮化镓反相器，包括衬底，以及叠设于所述衬底上的n-gan层和p-gan层；

21、其中，所述n-gan层中的两个局部区域内嵌有两个p-gan层；

22、所述p-gan层中的两个局部区域内嵌有两个n-gan层。

23、本发明还提供一种电源适配器，包括上述互补j-fet氮化镓反相器的制备方法所制备的互补j-fet氮化镓反相器，所述互补j-fet氮化镓反相器的制备方法包括以下步骤：

24、s10、提供一衬底；

25、s20、在所述衬底的一侧设置n-gan层以及p-gan层，所述n-gan层以及p-gan层均叠设于所述衬底上；

26、s30、在所述n-gan层内部的两个局部区域设置两个内嵌式p-gan层，在所述p-gan层内部的两个局部区域设置两个内嵌式n-gan层。

27、本发明提出一种互补j-fet氮化镓反相器及其制备方法和电源适配器，其中，在n-gan层内部的两个局部区域设置两个内嵌式p-gan层，将p-gan层内嵌于n-gan层内部，一方面可根据需求改变内嵌p-gan的大小，从而可扩大pn导通沟道的宽度，使得j-fet反相器的沟道长度不变的情况下增加了沟道的宽度，在给定的栅极电压下能形成更大的导电区域，允许更多的载流子(电子或空穴)在源极和漏极之间流动，使得导通电流增大，同时沟道宽度的增加能够提供更多的电流流通路径，分散了电流，减少了单位面积上的电流密度，从而降低了导通电阻，降低了功耗；另一方面，该内嵌设计也缩小了j-fet反相器的沟道长度，提高了j-fet反相器的集成度。在所述p-gan层内部的两个局部区域设置两个内嵌式n-gan层的设计同样具有上述效果。此外，将n-gan层和p-gan层集成在一个衬底上，简化了制造流程，减少了工艺步骤，进一步提高了j-fet反相器的集成度，实现了全垂直结构。本发明的互补j-fet氮化镓反相器通过控制两侧pn结的导通与截止状态，实现了输入电压的反相输出，即输入高电平时输出低电平，输入低电平时输出高电平，适用于高温、高压、及高频率场合。

技术特征：

1.一种互补j-fet氮化镓反相器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的互补j-fet氮化镓反相器的制备方法，其特征在于，步骤s20包括：

3.如权利要求1所述的互补j-fet氮化镓反相器的制备方法，其特征在于，步骤s10中：所述衬底的材料n-gan、sic中的任一种；和/或，

4.如权利要求2所述的互补j-fet氮化镓反相器的制备方法，其特征在于，步骤s21中，所述n-gan主体层中的掺杂元素为硅，所述n-gan主体层中硅的浓度为1×1018cm-3～3×1018cm-3。

5.如权利要求2所述的互补j-fet氮化镓反相器的制备方法，其特征在于，步骤s22中：所述n-gan层的厚度为12～20μm；和/或，

6.如权利要求1所述的互补j-fet氮化镓反相器的制备方法，其特征在于，步骤s30中：所述设置两个内嵌式p-gan层的方式包括注入离子，注入的离子浓度为1×1021～3×1021cm-3；和/或，

7.如权利要求1所述的互补j-fet氮化镓反相器的制备方法，其特征在于，步骤s30中：所述内嵌式p-gan层的厚度为4～10μm；和/或，

8.如权利要求1或6所述的互补j-fet氮化镓反相器的制备方法，其特征在于，步骤s30中：

9.一种互补j-fet氮化镓反相器，其特征在于，包括衬底，以及叠设于所述衬底上的n-gan层和p-gan层；

10.一种电源适配器，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的互补j-fet氮化镓反相器的制备方法所制备的互补j-fet氮化镓反相器或如权利要求9所述的互补j-fet氮化镓反相器。

技术总结本发明公开了一种互补J‑FET氮化镓反相器及其制备方法和电源适配器，涉及半导体器件技术领域，所述互补J‑FET氮化镓反相器的制备方法包括：提供一衬底；在所述衬底的一侧设置n‑GaN层以及p‑GaN层，所述n‑GaN层以及p‑GaN层均叠设于所述衬底上；在所述n‑GaN层内部的两个局部区域设置两个内嵌式p‑GaN层，在所述p‑GaN层内部的两个局部区域设置两个内嵌式n‑GaN层。其中，将n‑GaN层内嵌于p‑GaN层内部且将p‑GaN层内嵌于n‑GaN层内部，在相同的沟道长度下，使得沟道宽度进一步提升，降低了功耗；同时缩小了沟道的长度，提高了反相器的集成度。技术研发人员：贺威,郭佳宁,姜梅,刘新科,杨华恺,何仕杰受保护的技术使用者：深圳大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12