P型栅增强型GaN基功率器件及其制备方法、电子设备技术

本发明专利技术公开了一种P型栅增强型GaN基功率器件及其制备方法，所述P型栅增强型GaN基功率器件包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、GaN耐压层、GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN盖帽层，所述GaN盖帽层表面设有源极和漏极和生长在P型复合层表面的栅极；所述P型复合层包括若干个周期性依次交替层叠生长的第一Mg原子扩散阻断层、第二Ga原子解吸附层和第三Mg原子吸附层。本发明专利技术提供的P型栅增强型GaN基功率器件能够解决受主杂质Mg原子电离困难、离化率低的问题。离化率低的问题。离化率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
P型栅增强型GaN基功率器件及其制备方法、电子设备


[0001]本专利技术涉及光电
，尤其涉及一种P型栅增强型GaN基功率器件及其制备方法、电子设备。

技术介绍

[0002]基于AlGaN/GaN异质结构的HEMT（HighElectronMobilityTransistor，高电子迁移率晶体管）具有高的电流密度、临界击穿电压和电子迁移率，在微波功率和高温电子器件领域具有十分重要的应用价值。
[0003]HEMT通常包括芯片和位于芯片上的源极、漏极和栅极，传统的耗尽型GaN基HEMT器件在射频与功率电路应用中无法实现电路防误启动保护功能，因此需要开发增强型GaN基HEMT器件用以简化电路设计和提升电路安全性。目前，实现商业化的GaN基HEMT器件增强技术是P型栅技术，P型栅是通过在栅极和势垒层之间生长P型氮化物，将异质结的导带底提高至费米能级之上，耗尽栅下区域2DEG从而实现增强。P型栅增强型器件不需要对栅进行额外的处理工艺，不存在栅不稳定性问题，可靠性高，成为了GaN功率器件商业化的首选。
[0004]然而，P型栅增强型GaN基HEMT器件仍面临P型掺杂浓度较低的问题，这是由于P型半导体中受主杂质镁(Mg)的能级很高，从而造成受主杂质镁(Mg)电离困难（170meV），其离化率只有1%。同时出现栅极漏电较大的问题，单纯通过增加镁的掺杂浓度并不仅不能得到更高的空穴浓度，而且由于重掺杂后导致出现晶体缺陷，此时受主掺杂的补偿来自晶体缺陷（自补偿），从而影响了受主掺杂浓度和受主能级高度，以上等问题制约了增强型器件的进一步推广应用。

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P型栅增强型GaN基功率器件，其能够解决受主杂质Mg原子电离困难、离化率低的问题。
[0006]本专利技术所要解决的技术问题还在于，提供一种P型栅增强型GaN基功率器件的制备方法，其工艺简单，能够稳定制得上述性能良好的P型栅增强型GaN基功率器件。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种P型栅增强型GaN基功率器件，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、GaN耐压层、GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN盖帽层，所述GaN盖帽层表面设有源极和漏极和生长在P型复合层表面的栅极；所述P型复合层包括若干个周期性依次交替层叠生长的第一Mg原子扩散阻断层、第二Ga原子解吸附层和第三Mg原子吸附层。
[0008]在一种实施方式中，所述第一Mg原子扩散阻断层、第二Ga原子解吸附层和第三Mg原子吸附层的循环周期数为2
‑
20。
[0009]在一种实施方式中，所述P型复合层的厚度为10nm
‑
200nm。
[0010]在一种实施方式中，所述P型复合层中，所述第一Mg原子扩散阻断层的厚度占比为70%
‑
80%，所述第二Ga原子解吸附层的厚度占比为10%
‑
20%，所述第三Mg原子吸附层的厚度
占比为1%
‑
20%。
[0011]在一种实施方式中，所述P型复合层的Mg的掺杂浓度为1
×
10
20
atoms/cm3‑1×
10
21
atoms/cm3。
[0012]为解决上述问题，本专利技术还提供了一种所述的P型栅增强型GaN基功率器件的制备方法，包括以下步骤：准备衬底；在所述衬底上依次沉积缓冲层、GaN耐压层、GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN盖帽层；在所述GaN盖帽层表面制备源极和漏极，并在所述GaN盖帽层表面沉积P型复合层，在所述P型复合层表面制备栅极；所述P型复合层包括若干个周期性依次交替层叠生长的第一Mg原子扩散阻断层、第二Ga原子解吸附层和第三Mg原子吸附层。
[0013]在一种实施方式中，所述第一Mg原子扩散阻断层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为800℃
‑
1100℃，通入镓源、氮源和镁源，镓原子和氮原子进行表面扩散形成所述第一Mg原子扩散阻断层。
[0014]在一种实施方式中，所述第二Ga原子解吸附层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为1100℃
‑
1400℃，通入镓源和氮源，所述镓源的通入量逐渐减少至关闭，形成所述第二Ga原子解吸附层。
[0015]在一种实施方式中，所述第三Mg原子吸附层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为500℃
‑
800℃，通入镁源和氮源，镁原子进行表面扩散形成所述第三Mg原子吸附层。
[0016]相应地，本专利技术还提供了一种电子设备，所述电子设备包括所述的P型栅增强型GaN基功率器件。
[0017]实施本专利技术，具有如下有益效果：与现有技术相比，本专利技术在GaN盖帽层上增设了P型复合层，所述P型复合层包括若干个周期性依次交替层叠生长的第一Mg原子扩散阻断层、第二Ga原子解吸附层和第三Mg原子吸附层。其中，所述第一Mg原子扩散阻断层可以有效的阻挡所述第三Mg原子吸附层内的Mg原子向AlGaN势垒层和GaN沟道层中扩散，减少形成载流子陷阱和漏电通道，提升HEMT器件的性能和可靠性。所述第二Ga原子解吸附层精准调控GaN材料的Ga原子的解吸附速率，为所述第三Mg原子吸附层中能够实现Mg原子的高效并入做好铺垫。所述第三Mg原子吸附层利用表面效应在所述第二Ga原子解吸附层的基础上将Mg原子高效并入GaN材料中，最终得到表面平整、空穴浓度高的高质量的P型GaN半导体层。在所述P型复合层的各子层的相互作用下最终解决了受主杂质Mg原子电离困难、离化率低的问题。
附图说明
[0018]图1为本专利技术提供的P型栅增强型GaN基功率器件的结构示意图。
[0019]其中：衬底1、缓冲层2、GaN耐压层3、GaN沟道层4、AlN插入层5、AlGaN势垒层6、GaN盖帽层7、P型复合层8、漏极9、源极10、栅极11。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术作进一步地详细描述。
[0021]除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：本专利技术中，所使用的“其组合”、“其任意组合”、“其任意组合方式”等中包括所列项目中任两个或任两个以上项目的所有合适的组合方式。
[0022]本专利技术中，“优选”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本专利技术保护范围的限制。
[0023]本专利技术中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
[0024]本专利技术中，涉及到数值区间，如无特别说明，则包括数值区间的两个端点。
[0025]为解决上述问题，本专利技术提供了一种P型栅增强型GaN基功率器件，如图1所示，包括衬底1及依次层叠于所述衬底1上的缓冲层2、GaN耐压层3、GaN沟道层4、AlN插入层5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种P型栅增强型GaN基功率器件，其特征在于，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、GaN耐压层、GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN盖帽层，所述GaN盖帽层表面设有源极和漏极和生长在P型复合层表面的栅极；所述P型复合层包括若干个周期性依次交替层叠生长的第一Mg原子扩散阻断层、第二Ga原子解吸附层和第三Mg原子吸附层。2.如权利要求1所述的P型栅增强型GaN基功率器件，其特征在于，所述第一Mg原子扩散阻断层、第二Ga原子解吸附层和第三Mg原子吸附层的循环周期数为2
‑
20。3.如权利要求1所述的P型栅增强型GaN基功率器件，其特征在于，所述P型复合层的厚度为10nm
‑
200nm。4.如权利要求1所述的P型栅增强型GaN基功率器件，其特征在于，所述P型复合层中，所述第一Mg原子扩散阻断层的厚度占比为70%
‑
80%，所述第二Ga原子解吸附层的厚度占比为10%
‑
20%，所述第三Mg原子吸附层的厚度占比为1%
‑
20%。5.如权利要求1所述的P型栅增强型GaN基功率器件，其特征在于，所述P型复合层的Mg的掺杂浓度为1
×
10
20
atoms/cm3‑1×
10
21
atoms/cm3。6.一种如权利要求1
‑
5任一项所述的P型栅增强型GaN基...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢志文，张铭信，陈铭胜，文国昇，金从龙，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：