一种氮化镓晶体管及其制备方法和功率因数校正电路技术

本发明专利技术提供了一种氮化镓晶体管及其制备方法和功率因数校正电路，氮化镓晶体管包括：衬底；设置在衬底上的缓冲层；生长在缓冲层上的Sc

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓晶体管及其制备方法和功率因数校正电路


[0001]本专利技术涉及氮化镓
，尤其涉及一种氮化镓晶体管及其制备方法和功率因数校正电路。

技术介绍

[0002]高功率、高可靠性是服务器电源系统的发展趋势。GaN(氮化镓)作为第三代半导体材料，具有宽禁带、高电子饱和速率、高击穿场强等优异性能，由GaN制备的电力电子器件在高频、大功率服务器电源领域具有巨大的应用潜能。常规AlGaN(铝镓氮)/GaN异质结中，GaN既是缓冲层材料也是沟道材料，由于沟道下方GaN侧的势垒高度较低，在高温、栅极电压或漏极电压较高的情况下，沟道中的载流子容易溢出沟道进入缓冲层成为三维电子，从而使二维电子气限域性变差，器件性能退化。
[0003]为了消除这种负面效应对器件的影响，催生了双异质结结构，双异质结结构通过沟道层下方生长一层背势垒提升沟道层背部的势垒，将导电沟道中的二维电子气很好地限制在顶势垒和背势垒之间，使二维电子气的限域性得到显著增强，使器件性能得到提升，稳定性得到增强。
[0004]目前传统的AlGaN/GaN基双沟道异质结，其结构自下而上包括：衬底层、成核层、GaN底层沟道层、AlGaN第二势垒层、GaN顶层沟道层、AlGaN第一势垒层、GaN帽层。该结构顶层沟道由于极化电荷数量多，载流子难以进入底层沟道使得底层沟道载流子浓度低，极化较弱，会导致二维电子气浓度低，从而影响了器件的电流密度和功率密度。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种氮化镓晶体管及其制备方法和功率因数校正电路，用以解决现有的AlGaN/GaN基双沟道异质结的顶层沟道由于极化电荷数量多，载流子难以进入底层沟道使得底层沟道载流子浓度低，极化较弱，会导致二维电子气浓度低，从而影响了器件的电流密度和功率密度的问题。
[0006]基于上述目的，本专利技术提供了一种氮化镓晶体管，包括：
[0007]衬底；
[0008]设置在衬底上的缓冲层；
[0009]生长在缓冲层上的Sc
y
Al
z
Ga1‑
y
‑
z
N背势垒层，其中0.01≤y≤0.25，0≤z≤0.8；
[0010]生长在Sc
y
Al
z
Ga1‑
y
‑
z
N背势垒层上的沟道层；
[0011]生长在沟道层上的第一氮化铝插入层；
[0012]生长在第一氮化铝插入层上的铝镓氮势垒层；以及
[0013]设置在铝镓氮势垒层上的盖帽层。
[0014]在一些实施例中，Sc
y
Al
z
Ga1‑
y
‑
z
N背势垒层的厚度为10
‑
70纳米。
[0015]在一些实施例中，氮化镓晶体管还包括：
[0016]设置在沟道层和Sc
y
Al
z
Ga1‑
y
‑
z
N背势垒层之间的第二氮化铝插入层。
[0017]在一些实施例中，第二氮化铝插入层的厚度为0
‑
1.5纳米。
[0018]在一些实施例中，铝镓氮的组分为：Al
x
Ga1‑
x
N，其中0≤x≤0.3。
[0019]在一些实施例中，缓冲层的厚度为1.5
‑
3.5微米；
[0020]沟道层的厚度为50
‑
100纳米。
[0021]在一些实施例中，第一氮化铝插入层的厚度为0
‑
1.5纳米；
[0022]铝镓氮势垒层的厚度为5
‑
30纳米；
[0023]盖帽层的厚度为1
‑
5纳米。
[0024]本专利技术的另一方面，还提供了一种氮化镓晶体管的制备方法，包括以下步骤：
[0025]选择具有六方晶体结构对称性的材料作为衬底；
[0026]对衬底进行原位处理以去除表面杂质；
[0027]在衬底上生长缓冲层；
[0028]在缓冲层上生长Sc
y
Al
z
Ga1‑
y
‑
z
N背势垒层，其中0.01≤y≤0.25，0≤z≤0.8；
[0029]在Sc
y
Al
z
Ga1‑
y
‑
z
N背势垒层上生长沟道层；
[0030]在沟道层上生长第一氮化铝插入层；
[0031]在第一氮化铝插入层上生长铝镓氮势垒层；
[0032]在铝镓氮势垒层上生长盖帽层；
[0033]在盖帽层上制备栅极、源极和漏极，完成氮化镓晶体管的制备。
[0034]在一些实施例中，Sc
y
Al
z
Ga1‑
y
‑
z
N背势垒层的厚度为10
‑
70纳米。
[0035]在一些实施例中，方法还包括：
[0036]在Sc
y
Al
z
Ga1‑
y
‑
z
N背势垒层上生长第二氮化铝插入层，生长温度为1050
‑
1100摄氏度，并且第二氮化铝插入层位于沟道层下。
[0037]在一些实施例中，第二氮化铝插入层的厚度为0
‑
1.5纳米。
[0038]在一些实施例中，铝镓氮的组分为：Al
x
Ga1‑
x
N，其中0≤x≤0.3。
[0039]在一些实施例中，缓冲层的厚度为1.5
‑
3.5微米；
[0040]沟道层的厚度为50
‑
100纳米。
[0041]在一些实施例中，第一氮化铝插入层的厚度为0
‑
1.5纳米；
[0042]铝镓氮势垒层的厚度为5
‑
30纳米；
[0043]盖帽层的厚度为1
‑
5纳米。
[0044]本专利技术的又一方面，还提供了一种功率因数校正电路，包括：
[0045]氮化镓功率器件，氮化镓功率器件包括上述氮化镓晶体管；
[0046]驱动电路；以及
[0047]采样电路。
[0048]在一些实施例中，氮化镓晶体管包括：
[0049]衬底；
[0050]设置在衬底上的缓冲层；
[0051]生长在缓冲层上的Sc
y
Al
z
Ga1‑
y
‑
z
N背势垒层，其中0.01≤y≤0.25，0≤z≤0.8；
[0052]生长在Sc
y
Al
z
Ga1‑
y
‑
z
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓晶体管，其特征在于，包括：衬底；设置在所述衬底上的缓冲层；生长在所述缓冲层上的Sc
y
Al
z
Ga1‑
y
‑
z
N背势垒层，其中0.01≤y≤0.25，0≤z≤0.8；生长在所述Sc
y
Al
z
Ga1‑
y
‑
z
N背势垒层上的沟道层；生长在所述沟道层上的第一氮化铝插入层；生长在所述第一氮化铝插入层上的铝镓氮势垒层；以及设置在所述铝镓氮势垒层上的盖帽层。2.根据权利要求1所述的氮化镓晶体管，其特征在于，所述Sc
y
Al
z
Ga1‑
y
‑
z
N背势垒层的厚度为10
‑
70纳米。3.根据权利要求1所述的氮化镓晶体管，其特征在于，还包括：设置在所述沟道层和所述Sc
y
Al
z
Ga1‑
y
‑
z
N背势垒层之间的第二氮化铝插入层。4.根据权利要求3所述的氮化镓晶体管，其特征在于，所述第二氮化铝插入层的厚度为0
‑
1.5纳米。5.根据权利要求1所述的氮化镓晶体管，其特征在于，所述铝镓氮的组分为：Al
x
Ga1‑
x
N，其中0≤x≤0.3。6.根据权利要求1所述的氮化镓晶体管，其特征在于，所述缓冲层的厚度为1.5
‑
3.5微米；所述沟道层的厚度为50
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭芬，索曌君，
申请(专利权)人：山东云海国创云计算装备产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：