GaN器件的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型涉及半導體器件領域，特別是涉及一種GaN器件。
【背景技術】
[0002]GaN(氮化鎵)作為第三代半導體的典型代表，具有高功率、高效率、高工作溫度等特點。進入21世紀以來，隨著人們研究的不斷深入，GaN器件已廣泛應用于電力電子、微波通信等領域。
[0003]然而，由于GaN器件的操作電壓較高，一般為28V或48V，因而在微波通信領域中，引起GaN器件失效的主要因素來自于襯底和緩沖層的泄露電流，所以進一步降低泄露電流，提高放大器效率和可靠性，是當前研究的重點。而在電力電子領域，由于GaN器件主要用于電力設備的電能轉換與控制電路中，是當前半導體器件與電路設計極為重要的組成部分，如果能夠降低來自襯底和緩沖層的泄露電流，就可以有效地降低電能損耗，提高電能轉換效率。
[0004]事實上，襯底的泄露電流除材料本身特性以外，大部分來自生長界面之間的晶格缺陷。因為無論是藍寶石襯底，Si襯底還是SiC襯底，一般都使用AlN材料作為緩沖層，AlN材料生長難度低，質量較高，在AlN上能夠外延質量較好的GaN薄膜，但是由于GaN與AlN存在晶格常數(shù)的差異，所以在GaN與AlN的界面處存在部分缺陷，容易造成器件的失效。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型主要解決的技術問題是提供一種GaN器件，能夠減少AlN與GaN的界面處的缺陷，并降低器件泄露電流。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型采用的一個技術方案是:提供一種GaN器件，包括襯底以及在所述襯底上由下至上依次形成的AlN成核層、P型輕摻雜AhGa1-XN漸變層、N型GaN外延層和器件結構層，所述P型輕摻雜AlxGa1-KN漸變層與所述N型GaN外延層形成PN結耗盡區(qū)。
[0007]優(yōu)選地，所述PN結耗盡區(qū)完全耗盡。
[0008]優(yōu)選地，所述N型GaN外延層為N型輕摻雜GaN外延層或N型非故意摻雜GaN外延層。
[0009]優(yōu)選地，所述P型輕摻雜AhGa1-XN漸變層中X的范圍為0-1，并且X的值隨著P型輕摻雜AlxGa1-KN漸變層厚度的增加從I逐漸減小為O。
[0010]優(yōu)選地，所述器件結構層為HEMT結構層、HBT結構層、MOSFET結構層或ME SFET結構層。
[0011]優(yōu)選地，所述HEMT結構層包括GaN溝道層和形成在所述GaN溝道層上的AlGaN肖特基勢皇層，所述AlGaN肖特基勢皇層上形成有柵極、源極和漏極，所述GaN溝道層和所述AlGaN肖特基勢皇層之間形成有二維電子氣。
[0012]優(yōu)選地，所述襯底的厚度為50-1000μπι。
[0013]優(yōu)選地，所述AlN成核層的厚度為1-1OOOnm0
[0014]優(yōu)選地，所述P型輕摻雜AlxGa1-xN漸變層的厚度為20_500nm。
[0015]優(yōu)選地，N型GaN外延層的厚度為20_500nm。
[0016]區(qū)別于現(xiàn)有技術的情況，本實用新型的有益效果是:可以提高器件的可靠性，降低器件的漏電流，提高器件的擊穿特性，有利于實現(xiàn)襯底的高阻特性。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型實施例GaN器件的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0019]參見圖1，是本實用新型實施例GaN器件的結構示意圖。本實用新型的GaN器件包括襯底I以及在襯底I上由下至上依次形成的AlN成核層2、P型輕摻雜AlxGa1-JiN漸變層3、N型GaN外延層4和器件結構層5，P型輕摻雜AlxGa1-KN漸變層3與N型GaN外延層4形成PN結耗盡區(qū)(圖未示)。在本實施例中，P型輕摻雜AlxGa1-KN漸變層3中X的范圍為0-1，并且X的值隨著P型輕摻雜AlxGanN漸變層3厚度的增加從I逐漸減小為O。由于P型輕摻雜AlxGanN漸變層3進行了P型輕摻雜，并且X具有漸變性，從而能夠減少AlN與GaN的界面處的缺陷，實現(xiàn)AlN成核層2至IjN型GaN外延層4的過渡，同時由于PN結耗盡區(qū)的存在，可以降低器件泄露電流。
[0020]在本實施例中，PN結耗盡區(qū)完全耗盡，也就是說，P型輕摻雜AlxGa1-XN漸變層3與N型GaN外延層4完全耗盡。通過PN結耗盡區(qū)，可以降低器件的漏電流，提高器件的擊穿特性，提高器件的可靠性，有利于實現(xiàn)襯底的高阻特性。
[0021]其中，襯底I的厚度為50-1000μπι，襯底I的材料包含但不限于S1、SiC、GaN、藍寶石或Diamond。本實施例的襯底I優(yōu)選為非故意摻雜。
[0022]AlN成核層2的厚度為10-1000nm。
[0023]P型輕摻雜AlxGa1-xN漸變層3的厚度為20_500nm，摻雜濃度< 5 X 117Cm"30
[0024]N型GaN外延層4的厚度為20-500nm，N型GaN外延層4優(yōu)選為N型輕摻雜GaN外延層或N型非故意摻雜GaN外延層，摻雜濃度^ 5X 1017cm—3。
[0025]器件結構層5可以為HEMT結構層、HBT結構層、MOSFET結構層或MESFET結構層，在本實施例中，器件結構層5為HEMT結構層。HEMT結構層包括GaN溝道層51和形成在GaN溝道層51上的AlGaN肖特基勢皇層52 ,AlGaN肖特基勢皇層52上形成有柵極53、源極54和漏極55，GaN溝道層51和AlGaN肖特基勢皇層52之間形成有二維電子氣56。
[0026]通過上述方式，本實用新型實施例的GaN器件通過在AlN成核層上成長一層P型輕摻雜AlxGanN漸變層，然后在P型輕摻雜AlxGanN漸變層上生長N型GaN外延層，利用P型輕摻雜AlxGa1-KN漸變層與N型GaN外延層形成PN結耗盡區(qū)，從而能夠減少AlN與GaN的界面處的缺陷。
[0027]以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種GaN器件，其特征在于，包括襯底以及在所述襯底上由下至上依次形成的AlN成核層、P型輕摻雜AlxGa1-KN漸變層、N型GaN外延層和器件結構層，所述P型輕摻雜AlxGa1-KN漸變層與所述N型GaN外延層形成PN結耗盡區(qū)。2.根據(jù)權利要求1所述的GaN器件，其特征在于，所述PN結耗盡區(qū)完全耗盡。3.根據(jù)權利要求1所述的GaN器件，其特征在于，所述N型GaN外延層為N型輕摻雜GaN外延層或N型非故意摻雜GaN外延層。4.根據(jù)權利要求1所述的GaN器件，其特征在于，所述P型輕摻雜AlxGa1-KN漸變層中X的范圍為0-1，并且X的值隨著P型輕摻雜AlxGa1-JiN漸變層厚度的增加從I逐漸減小為O。5.根據(jù)權利要求1所述的GaN器件，其特征在于，所述器件結構層為HEMT結構層、HBT結構層、MOSFET結構層或MESFET結構層。6.根據(jù)權利要求5所述的GaN器件，其特征在于，所述HEMT結構層包括GaN溝道層和形成在所述GaN溝道層上的AlGaN肖特基勢皇層，所述AlGaN肖特基勢皇層上形成有柵極、源極和漏極，所述GaN溝道層和所述AlGaN肖特基勢皇層之間形成有二維電子氣。7.根據(jù)權利要求1所述的GaN器件，其特征在于，所述襯底的厚度為50-1000μπι。8.根據(jù)權利要求1所述的GaN器件，其特征在于，所述AlN成核層的厚度為10-1000nm。9.根據(jù)權利要求1所述的GaN器件，其特征在于，所述P型輕摻雜AlxGa1-KN漸變層的厚度為20_500nm。10.根據(jù)權利要求1所述的GaN器件，其特征在于，所述N型GaN外延層的厚度為20-500nmo
【專利摘要】本實用新型提供了一種GaN器件，其包括襯底以及在襯底上由下至上依次形成的AlN成核層、P型輕摻雜AlXGa1-XN漸變層、N型GaN外延層和器件結構層，P型輕摻雜AlXGa1-XN漸變層與N型GaN外延層形成PN結耗盡區(qū)。通過上述方式，本實用新型能夠減少AlN與GaN的界面處的缺陷,并降低器件泄露電流。
【IPC分類】H01L29/20
【公開號】CN205211758
【申請?zhí)枴緾N201521048522
【發(fā)明人】陳一峰, 陳汝欽
【申請人】成都海威華芯科技有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月16日