一种氮化镓增强型器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化镓增强型器件及其制备方法，衬底、GaN缓冲层、AlGaN势垒层、过渡层和P

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓增强型器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件的
，特指一种氮化镓增强型器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]氮化镓（GaN）半导体材料相比于传统的Si材料，具有大禁带宽度、高击穿电场、更高的迁移率，制备的功率器件具有高的击穿电压，更快的开关转换速率，更低的转换消耗，在高频、高功率的应用中具有广泛的应用前景。GaN HEMT器件的高频特性得益于其AlGaN与GaN形成的异质结结构，由于材料本身的自发极化及材料间的压电极化效应，在异质结界面处会存在高浓度、高迁移率的二维电子气。由于二维电子气的存在，GaN HEMT器件具有低导通电阻的特性，传统的HEMT器件的开启电压为负（耗尽型），在实际应用需要增加额外的负载实现对器件的控制，降低器件的使用效率，影响器件的性能优势发挥。
[0003]目前广为大家所知的实现GaN HEMT器件的阈值＞0V（增强型）的方案有四种，其一为通过将GaN HEMT器件与Si MOS器件级联，实现整体的器件阈值＞0V，受限于级联的Si器件特性，GaN HEMT器件的性能优势不能得到最大程度的发挥；其二是通过刻蚀的手法去除掉栅区域的AlGaN（凹栅技术），降低栅下二维电子气浓度，实现增强型器件，由于使用刻蚀方式，对栅区域存在极大的损伤，二维电子气的迁移率偏低，器件的特性退化，另外对刻蚀的控制要求较高，同样制约该结构器件的商业使用；其三是通过栅下氟离子注入，耗尽栅下二维电子气实现增强型，由于注入工艺的高要求，器件特性的稳定性存在问题，制约此种结构的商业化；最后一种是通过在AlGaN表面外延P
‑
GaN，实现器件的增强型，此结构增强型器件同样是业界认同度最高的一种增强型结构。
[0004]P
‑
GaN的生长是通过在GaN生长过程中掺Mg来实现P型，但其存在以下两个问题：1、目前P
‑
GaN中Mg的激活只能达到1%以内，因此要得到足够浓度的P型，需要在生长过程中掺杂较多的Mg，在生长过程中Mg会通过扩散作用进入到P
‑
GaN下方的AlGaN势垒中，降低二维电子气浓度及迁移率，影响器件的导通电阻，另外，存在于AlGaN势垒中的Mg掺杂，形成缺陷态，器件工作中会捕获/释放电子，影响器件的可靠性；2、在增强型器件的制备过程中，需要去除非栅区域的P
‑
GaN，通常采用干法刻蚀技术实现，刻蚀会在AlGaN势垒表面形成损伤层，影响器件的直流、动态特性。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种氮化镓增强型器件及其制备方法，避免在外延生长中Mg扩散及刻蚀P
‑
GaN栅的损伤，实现低导通电阻、高可靠性的GaN增强型功率器件。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的技术解决方案是：一种氮化镓增强型器件，包括衬底、GaN缓冲层、AlGaN势垒层、过渡层、P
‑
GaN栅、源极、漏极和栅极，其中，衬底、GaN缓冲层、AlGaN势垒层、过渡层和P
‑
GaN栅为自下而上依次层叠，栅极设置在P
‑
GaN栅上，源极和漏极形成于AlGaN势垒层上，过渡层位于源极和漏极之
间，源极和漏极位于栅极的两侧，过渡层的Mg掺杂浓度小于P
‑
GaN栅的Mg掺杂浓度；过渡层具有第一区域和第二区域，被P
‑
GaN栅覆盖的过渡层为第一区域，未被P
‑
GaN栅覆盖的过渡层为第二区域，第一区域的空穴浓度大于第二区域的空穴浓度；P
‑
GaN栅具有第一P型层和第二P型层，第一P型层和第二P型层自下而上依次层叠，第一P型层的空穴浓度大于或等于第二P型层的空穴浓度。
[0007]进一步，过渡层的厚度为1~15nm，Mg掺杂浓度为10
17
~10
19
cm
‑3。
[0008]进一步，过渡层具体为Mg掺杂浓度单一的P
‑
AlGaN层；或者，Mg掺杂浓度单一的P
‑
GaN层；或者，Mg掺杂浓度由上至下渐变降低的P
‑
AlGaN层；或者，Mg掺杂浓度由上至下渐变降低的P
‑
GaN层；或者，自下而上依次层叠的Mg掺杂浓度单一的P
‑
AlGaN层和P
‑
GaN层， P
‑
GaN层的Mg掺杂浓度大于P
‑
AlGaN层的Mg掺杂浓度；或者，自下而上依次层叠的P
‑
AlGaN层和P
‑
GaN层，P
‑
AlGaN层的Mg掺杂浓度由上至下渐变降低，P
‑
GaN层的Mg掺杂浓度单一，P
‑
GaN层的Mg掺杂浓度大于P
‑
AlGaN层的Mg掺杂浓度。
[0009]进一步，过渡层还包括i
‑
GaN层，i
‑
GaN层位于过渡层的最下层，与AlGaN势垒层表面接触。
[0010]进一步，i
‑
GaN层的厚度范围为1~2nm。
[0011]进一步，还包括钝化层，钝化层覆盖于过渡层、P
‑
GaN栅、源极、漏极和栅极上方且在源极、漏极、栅极对应的位置处开设有与外界进行电接触的窗口。
[0012]一种氮化镓增强型器件的制备方法，包括以下步骤：步骤一，在衬底上利用外延生长方法依次形成GaN缓冲层、AlGaN势垒层、过渡层和P
‑
GaN，同时，过渡层的Mg掺杂浓度小于P
‑
GaN的Mg掺杂浓度；步骤二，利用刻蚀工艺定义出栅极区域，去除非栅区域的P
‑
GaN形成P
‑
GaN栅，刻蚀停止在过渡层上，被P
‑
GaN栅覆盖的过渡层为第一区域，未被P
‑
GaN栅覆盖的过渡层为第二区域；步骤三，利用处理或者扩散工艺，钝化P
‑
GaN栅和未被P
‑
GaN栅覆盖的过渡层，降低空穴浓度，使得第一区域中的空穴浓度大于第二区域中的空穴浓度；步骤四，保护非栅区域，使用等离子处理，或以大于800℃的高温热恢复处理P
‑
GaN栅表面，提升表面空穴浓度，恢复栅极区栅的P型特性，使得P
‑
GaN栅具有第一P型层和第二P型层，第一P型层和第二P型层自下而上依次层叠，第一P型层的空穴浓度大于或等于第二P型层的空穴浓度；步骤五，定义源极和漏极的掩模，蚀刻过渡层，通过蒸发或溅射方式沉积欧姆金属，剥离工艺形成源极和漏极，并通过退火工艺形成欧姆接触；步骤六，沉积钝化层，定义栅极的掩模，通过蒸发或溅射方式沉积栅极金属，剥离工艺形成栅极，使得钝化层覆盖于过渡层、P
‑
GaN栅、源极、漏极和栅极上方且在源极、漏极、栅极对应的位置处开设有与外界进行电接触的窗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓增强型器件，其特征在于：包括衬底、GaN缓冲层、AlGaN势垒层、过渡层、P
‑
GaN栅、源极、漏极和栅极，其中，衬底、GaN缓冲层、AlGaN势垒层、过渡层和P
‑
GaN栅为自下而上依次层叠，栅极设置在P
‑
GaN栅上，源极和漏极形成于AlGaN势垒层上，过渡层位于源极和漏极之间，源极和漏极位于栅极的两侧，过渡层的Mg掺杂浓度小于P
‑
GaN栅的Mg掺杂浓度；过渡层具有第一区域和第二区域，被P
‑
GaN栅覆盖的过渡层为第一区域，未被P
‑
GaN栅覆盖的过渡层为第二区域，第一区域的空穴浓度大于第二区域的空穴浓度；P
‑
GaN栅具有第一P型层和第二P型层，第一P型层和第二P型层自下而上依次层叠，第一P型层的空穴浓度大于或等于第二P型层的空穴浓度。2.根据权利要求1所述的一种氮化镓增强型器件，其特征在于：过渡层的厚度为1~15nm，Mg掺杂浓度为10
17
~10
19
cm
‑3。3.根据权利要求1所述的一种氮化镓增强型器件，其特征在于：过渡层具体为Mg掺杂浓度单一的P
‑
AlGaN层；或者，Mg掺杂浓度单一的P
‑
GaN层；或者，Mg掺杂浓度由上至下渐变降低的P
‑
AlGaN层；或者，Mg掺杂浓度由上至下渐变降低的P
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GaN层；或者，自下而上依次层叠的Mg掺杂浓度单一的P
‑
AlGaN层和P
‑
GaN层， P
‑
GaN层的Mg掺杂浓度大于P
‑
AlGaN层的Mg掺杂浓度；或者，自下而上依次层叠的P
‑
AlGaN层和P
‑
GaN层，P
‑
AlGaN层的Mg掺杂浓度由上至下渐变降低，P
‑
GaN层的Mg掺杂浓度单一，P
‑
GaN层的Mg掺杂浓度大于P
‑
AlGaN层的Mg掺杂浓度。4.根据权利要求3所述的一种氮化镓增强型器件，其特征在于：过渡层还包括i
‑
GaN层，i
‑
GaN层位于过...

【专利技术属性】
技术研发人员：何俊蕾，林科闯，刘成，林育赐，叶念慈，徐宁，
申请(专利权)人：厦门市三安集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：