本公开提供了一种用于GaN功率器件的外延结构及其生长方法，该外延结构从下至上依次包括：图形化衬底(1)、高阻成核层(2)、高阻加厚层(3)及表面层(4)；其中，高阻成核层(2)及高阻加厚层(3)均采用高阻杂质掺杂。本发明专利技术的外延结构可以避免早期引入高阻杂质带来的不利影响，从外延阶段开始即可实现高晶体质量及高阻，消除底层潜在导电通道，为后续GaN功率器件的高耐压和优良正向性能提供高质量基础，极大提升器件的正反向特性，同时节省外延厚度，大大降低生产成本。
【技术实现步骤摘要】
本公开涉及半导体材料，具体涉及一种用于gan功率器件的外延结构及其生长方法。
技术介绍
1、gan作为第三代半导体材料体系中的一员，具有禁带宽度大、临界击穿电场强度高、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强及化学性质稳定等独特的优势，在大功率、高频率电子器件中具有极强的应用价值，并且已经得到广泛的研究以及应用。由于gan缺乏天然同质衬底，而其人工衬底的尺寸较小，且成本高昂，所以氮化物薄膜长久以来通过在异质衬底上进行外延的方法获得。但是，异质外延受限的材料质量及外延生长方法引入的较高背景载流子浓度等问题，导致器件出现较大的漏电，限制了gan的进一步应用。
2、使用图形化衬底可以比较方便的获得较高质量的gan薄膜，而采用fe、c掺杂等方式，能够获得较高阻值的gan。但是，如果应用不当，这些高阻杂质会严重恶化外延层的晶体质量。尽管以厚膜gan或者较厚的成核层作为模板，在其基础上进行高阻掺杂可以获得较高质量的高阻外延层，但厚膜gan额外增加了大量成本，并且高耐压器件在高压工作时，仍会优先在未进行高阻掺杂的厚膜gan或厚成核层这些阻值较低的区域发生漏电和击穿。这大大降低了器件的可靠性，并且没有发挥出材料的优良特性。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、有鉴于此，本公开提供了一种用于gan功率器件的外延结构及其生长方法，用于至少部分解决目前用于gan功率器件的外延结构存在的晶体质量低、阻值低、外延厚度大及生产成本高等问题。
3、(二)技术方案
>4、为了实现上述目的，本公开的第一方面提供了一种用于gan功率器件的外延结构，从下至上依次包括：图形化衬底、高阻成核层、高阻加厚层及表面层；其中，所述高阻成核层及所述高阻加厚层均采用高阻杂质掺杂。5、根据本公开的实施例，所述图形化衬底为图形化gan衬底、图形化蓝宝石衬底、aln-图形化蓝宝石复合衬底、图形化si衬底、aln-图形化si复合衬底、图形化sic衬底及aln-图形化sic复合衬底中的一种。
6、根据本公开的实施例，所述高阻成核层和高阻加厚层掺杂的高阻杂质为mg、fe、故意c及非故意c中的一种或两种以上的组合。
7、根据本公开的实施例，所述高阻成核层和高阻加厚层的高阻杂质掺杂浓度为1×1016cm-3～1×1020cm-3。
8、根据本公开的实施例，所述高阻成核层的厚度为5～1000nm，材料为gan、aln、algan、ingan及alingan中的一种或两种以上的组合。
9、根据本公开的实施例，所述高阻加厚层的厚度为100～4000nm，材料为gan、aln、algan、ingan及alingan中的一种或两种以上的组合。
10、根据本公开的实施例，所述表面层的厚度为100～4000nm，材料为gan、aln、algan、ingan及alingan中的一种或两种以上的组合。
11、本公开的第二方面提供了一种用于gan功率器件的外延结构的生长方法，包括：获取图形化衬底，并对所述图形化衬底进行高温清洁；在所述图形化衬底的上表面从下至上依次生长高阻成核层、高阻加厚层及表面层；其中，所述高阻成核层及所述高阻加厚层均采用高阻杂质掺杂。
12、根据本公开的实施例，所述图形化衬底进行高温清洁时的温度为800～1400℃，压力为25～800mbar，时间为0.2～25min。
13、根据本公开的实施例，所述高阻成核层的生长温度为450～1200℃，压力为25～600mbar。
14、根据本公开的实施例，所述高阻加厚层的生长温度为950～1250℃，压力为100～800mbar。
15、根据本公开的实施例，所述表面层的生长温度为1000～1300℃，压力为50～600mbar。
16、(三)有益效果
17、本公开克服现有技术中的不足，提供一种用于gan功率器件的外延结构及其生长方法，一方面采用图形化衬底，使得外延层的晶体质量不会因为高阻掺杂而降低，避免fe、c等高阻杂质在早期引入所带来的不利影响，实现超高的晶体质量，有利于器件的正反向性能提升，同时获得高阻值的外延材料，实现材料耐压的提升；另一方面在高阻成核层及高阻加厚层均采用高阻杂质掺杂，能够达到全外延层的高阻，消除最底层潜在的导电通道，从而大大提升材料和器件的耐压，并且有效降低外延层的总厚度，从而降低生产成本。
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【技术保护点】
1.一种用于GaN功率器件的外延结构，其特征在于，从下至上依次包括：
2.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述图形化衬底(1)为图形化GaN衬底、图形化蓝宝石衬底、AlN-图形化蓝宝石复合衬底、图形化Si衬底、AlN-图形化Si复合衬底、图形化SiC衬底及AlN-图形化SiC复合衬底中的一种。
3.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述高阻成核层(2)和高阻加厚层(3)掺杂的高阻杂质为Mg、Fe、故意C及非故意C中的一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述高阻成核层(2)和高阻加厚层(3)的高阻杂质掺杂浓度为1×1016cm-3～1×1020cm-3。
5.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述高阻成核层(2)的厚度为5～1000nm，材料为GaN、AlN、AlGaN、InGaN及AlInGaN中的一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述高阻加厚层(3)的厚度为100～4000nm，材料为GaN、A1N、A1GaN、InGaN及AlInGaN中的一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述表面层(4)的厚度为100～4000nm，材料为GaN、AlN、AlGaN、InGaN及AlInGaN中的一种或两种以上的组合。
8.一种用于GaN功率器件的外延结构的生长方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求7所述的外延结构的生长方法，其特征在于，所述图形化衬底(1)进行高温清洁时的温度为800～1400℃，压力为25～800mbar，时间为0.2～25min。
10.根据权利要求7所述的外延结构的生长方法，其特征在于，所述高阻成核层(2)的生长温度为450～1200℃，压力为25～600mbar。
11.根据权利要求7所述的外延结构的生长方法，其特征在于，所述高阻加厚层(3)的生长温度为950～1250℃，压力为100～800mbar。
12.根据权利要求7所述的外延结构的生长方法，其特征在于，所述表面层(4)的生长温度为1000～1300℃，压力为50～600mbar。
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【技术特征摘要】
1.一种用于gan功率器件的外延结构，其特征在于，从下至上依次包括：
2.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述图形化衬底(1)为图形化gan衬底、图形化蓝宝石衬底、aln-图形化蓝宝石复合衬底、图形化si衬底、aln-图形化si复合衬底、图形化sic衬底及aln-图形化sic复合衬底中的一种。
3.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述高阻成核层(2)和高阻加厚层(3)掺杂的高阻杂质为mg、fe、故意c及非故意c中的一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述高阻成核层(2)和高阻加厚层(3)的高阻杂质掺杂浓度为1×1016cm-3～1×1020cm-3。
5.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述高阻成核层(2)的厚度为5～1000nm，材料为gan、aln、algan、ingan及alingan中的一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述高阻加厚层(3)的厚度为100～4000nm，材料为gan、a1n、a1...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志强，付松，梁萌，康俊杰，伊晓燕，王军喜，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：
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