CN106505102B - 高迁移率氮化镓半导体器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高迁移率氮化镓半导体器件及其制备方法，该高迁移率氮化镓半导体器件包括基板；设置于所述基板上的氮化铝晶种层；设置于所述氮化铝晶种层上的缓冲层；设置于所述缓冲层上的非有意掺杂氮化镓层；设置于所述非有意掺杂氮化镓层上的通道层，所述通道层为氮化铟镓层、氮化铝镓层或复合层；设置于所述通道层上的第二氮化铝镓层；以及设置于所述第二氮化铝镓层上的氮化镓帽层。上述氮化镓半导体器件能改善氮化镓功率器件的电子迁移率特性，可以改善使用un‑GaN/InGaN/AlGaN layer的2DEG的效果。

Description

高迁移率氮化镓半导体器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种高迁移率氮化镓半导体器件及其制备方法。
背景技术
现有的电力半导体市场以硅的功率器件为主，过去20年，硅功率器件每隔十年提高5-6倍的电力密度，但已经接近理论极限，很难期待接下来的性能方面的改进。
相比硅或砷化镓，GaN半导体具有能隙(Eg＝3.4eV)宽，高温中稳定等优点。另外，相对硅电力半导体，GaN电力半导体具有低温抵抗特性，这具有随着电力半导体而产生的转换损失最少化及系统消费电力最少化等优点。GaN半导体器件通过小型化，高电压，高速转换来实现低损失，高效率的新一代电力器件，主要在产业网，电力网，信息与通讯技术(ICT)等领域需求不断增加。
但是GaN电力半导体在高品质GaN供给上较难，要利用蓝宝石或硅来进行成长，这会引起与基板的物性差距，导致GaN薄膜自身的品质下降，较难体现高击穿电压等问题。
为解决这个问题，不仅要改善Si基板上AlN Seed layer/AlGaN buffer layer的作用，而且要改善二维电子气2DEG(利用其上形成的un-GaN/AlGaN layer)形成技术的物质改善。
利用GaN的电力器件中要体现高击穿电力与高品质GaN层时，对Si基板上形成AlN等籽晶层以后再形成的缓冲层(buffer layer)品质改善极其重要。即,利用un-GaN/AlGaN(Si substrate上AlN seed layer/AlGaN buffer layer上形成的)的2DEG构造的品质要进行改善。
至今，使用形成un-GaN/AlGaN layer的构造，有必要改善un-GaN/AlGaN界面(interface)的品质，此时，un-GaN/AlGaN的品质低下，功率器件的晶体管的特性也会低下。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种高迁移率氮化镓半导体器件。
具体的技术方案如下：
一种高迁移率氮化镓半导体器件，包括：
基板；
设置于所述基板上的氮化铝晶种层；
设置于所述氮化铝晶种层上的缓冲层；
设置于所述缓冲层上的非有意掺杂氮化镓层；
设置于所述非有意掺杂氮化镓层上的通道层，所述通道层为氮化铟镓层、氮化铝镓层或复合层；
设置于所述通道层上的第二氮化铝镓层；
以及设置于所述第二氮化铝镓层上的氮化镓帽层。
在其中一些实施例中，所述复合层为多层交替层叠的氮化铟镓层和氮化铝镓层。
在其中一些实施例中，所述复合层的层数为2-20层，厚度为0.1μm-0.5μm。
在其中一些实施例中，所述缓冲层的材质为氮化镓、氮化铝或氮化镓铝。
在其中一些实施例中，所述非有意掺杂氮化镓层包含多层的应变控制层和多层的掩蔽层，所述应变控制层的层数≥0；所述掩蔽层的层数≥0。
在其中一些实施例中，所述氮化镓帽层为p型氮化镓层。
在其中一些实施例中，所述基板的材质为硅。
本发明的另一目的是提供上述高迁移率氮化镓半导体器件的制备方法。
具体的技术方案如下：
上述高迁移率氮化镓半导体器件的制备方法，包括如下步骤：
提供基板；
在所述基板上形成氮化铝晶种层；
在所述晶种层上形成缓冲层；
在所述缓冲层上形成通道层；
在所述缓冲层上形成非有意掺杂氮化镓层；
在所述非有意掺杂氮化镓层上形成的通道层，所述通道层为氮化铟镓层、氮化铝镓层或复合层；
在所述通道层上形成第二氮化铝镓层；
以及在所述第二氮化铝镓层上形成氮化镓帽层。
上述氮化镓半导体器件能改善氮化镓功率器件的电子迁移率特性，可以改善使用un-GaN(非有意掺杂氮化镓)/InGaN/AlGaN复合层的2DEG的效果。
附图说明
图1为一实施例高迁移氮化镓半导体器件的结构示意图；
图2为图1中通道层的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参考图1，本实施例一种高迁移率氮化镓半导体器件，包括：
基板，本实施例的基板的材质为硅；
设置于所述基板上的氮化铝晶种层；
设置于所述氮化铝晶种层上的缓冲层；可以理解的缓冲层的材质可以选自氮化镓、氮化铝或氮化镓铝；
设置于所述缓冲层上的非有意掺杂氮化镓层；
可以理解的，为了改善非有意掺杂氮化镓层的厚度及结晶性，所述非有意掺杂氮化镓层还包含多层的应变控制层和多层的掩蔽层，所述应变控制层的层数≥0；所述掩蔽层的层数≥0；
设置于所述非有意掺杂氮化镓层上的通道层，所述通道层为氮化铟镓层、氮化铝镓层或复合层；
如图2所示，所述复合层可以为多层交替层叠的氮化铟镓层和氮化铝镓层，所述复合层的层数可组成为AlGaN/InGaN 20对以下，厚度为最好是0.5μm以下；
设置于所述通道层上的第二氮化铝镓层；
以及设置于所述第二氮化铝镓层上的氮化镓帽层，所述氮化镓帽层为p型氮化镓层。
上述高迁移率氮化镓半导体器件的制备方法，包括如下步骤：
提供基板；
在所述基板上形成氮化铝晶种层；
在所述晶种层上形成缓冲层；
在所述缓冲层上形成通道层；
在所述缓冲层上形成非有意掺杂氮化镓层；
在所述非有意掺杂氮化镓层上形成的通道层，所述通道层为氮化铟镓层、氮化铝镓层或复合层；
在所述通道层上形成第二氮化铝镓层；
以及在所述第二氮化铝镓层上形成氮化镓帽层。
上述氮化镓半导体器件能改善氮化镓功率器件的电子迁移率特性，可以改善使用un-GaN(非有意掺杂氮化镓)/InGaN/AlGaN layer的2DEG的效果。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种高迁移率氮化镓半导体器件，其特征在于，包括：
基板；
设置于所述基板上的氮化铝晶种层；
设置于所述氮化铝晶种层上的缓冲层；
设置于所述缓冲层上的非有意掺杂氮化镓层，所述非有意掺杂氮化镓层包含多层的应变控制层和多层的掩蔽层；
设置于所述非有意掺杂氮化镓层上的通道层，所述通道层为复合层，所述复合层为多层交替层叠的氮化铟镓层和氮化铝镓层，所述复合层的层数为2-20层，厚度为0.1μm-0.5μm；
设置于所述通道层上的第二氮化铝镓层；
以及设置于所述第二氮化铝镓层上的氮化镓帽层；
所述缓冲层的材质为氮化镓、氮化铝或氮化镓铝。
2.根据权利要求1所述的高迁移率氮化镓半导体器件，其特征在于，所述氮化镓帽层为p型氮化镓层。
3.根据权利要求1所述的高迁移率氮化镓半导体器件，其特征在于，所述基板的材质为硅。
4.权利要求1-3任一项所述的高迁移率氮化镓半导体器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供基板；
在所述基板上形成氮化铝晶种层；
在所述晶种层上形成缓冲层；
在所述缓冲层上形成非有意掺杂氮化镓层，所述非有意掺杂氮化镓层包含多层的应变控制层和多层的掩蔽层；
在所述非有意掺杂氮化镓层上形成的通道层，所述通道层为复合层；所述复合层为多层交替层叠的氮化铟镓层和氮化铝镓层；所述复合层的层数为2-20层，厚度为0.1μm-0.5μm；
在所述通道层上形成第二氮化铝镓层；
以及在所述第二氮化铝镓层上形成氮化镓帽层；
所述缓冲层的材质为氮化镓、氮化铝或氮化镓铝。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI642183B (zh) 2017-12-25 2018-11-21 新唐科技股份有限公司 氮化物半導體元件

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001102564A (ja) * 1999-09-29 2001-04-13 Hitachi Cable Ltd 窒化物半導体装置
JP2007281453A (ja) * 2006-03-17 2007-10-25 Sumitomo Chemical Co Ltd 半導体電界効果トランジスタ及びその製造方法
JP2011054809A (ja) * 2009-09-03 2011-03-17 Mitsubishi Electric Corp 窒化物半導体装置およびその製造方法
CN103489896A (zh) * 2012-06-12 2014-01-01 三星电子株式会社 氮化镓基半导体器件及其制造方法
CN103594508A (zh) * 2013-11-26 2014-02-19 电子科技大学 一种栅单场板的氮化镓高电子迁移率晶体管
CN103715071A (zh) * 2013-11-29 2014-04-09 南京大学扬州光电研究院 一种铝铟镓氮四元合金薄膜材料的mocvd外延加工方法
CN104600109A (zh) * 2015-01-07 2015-05-06 中山大学 一种高耐压氮化物半导体外延结构及其生长方法
JP2015159307A (ja) * 2015-04-02 2015-09-03 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
CN206312900U (zh) * 2016-12-12 2017-07-07 英诺赛科（珠海）科技有限公司 高迁移率氮化镓半导体器件

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6639255B2 (en) * 1999-12-08 2003-10-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. GaN-based HFET having a surface-leakage reducing cap layer
JP3778765B2 (ja) * 2000-03-24 2006-05-24 三洋電機株式会社 窒化物系半導体素子およびその製造方法
JP4775859B2 (ja) * 2007-08-24 2011-09-21 シャープ株式会社 窒化物半導体装置とそれを含む電力変換装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001102564A (ja) * 1999-09-29 2001-04-13 Hitachi Cable Ltd 窒化物半導体装置
JP2007281453A (ja) * 2006-03-17 2007-10-25 Sumitomo Chemical Co Ltd 半導体電界効果トランジスタ及びその製造方法
JP2011054809A (ja) * 2009-09-03 2011-03-17 Mitsubishi Electric Corp 窒化物半導体装置およびその製造方法
CN103489896A (zh) * 2012-06-12 2014-01-01 三星电子株式会社 氮化镓基半导体器件及其制造方法
CN103594508A (zh) * 2013-11-26 2014-02-19 电子科技大学 一种栅单场板的氮化镓高电子迁移率晶体管
CN103715071A (zh) * 2013-11-29 2014-04-09 南京大学扬州光电研究院 一种铝铟镓氮四元合金薄膜材料的mocvd外延加工方法
CN104600109A (zh) * 2015-01-07 2015-05-06 中山大学 一种高耐压氮化物半导体外延结构及其生长方法
JP2015159307A (ja) * 2015-04-02 2015-09-03 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
CN206312900U (zh) * 2016-12-12 2017-07-07 英诺赛科（珠海）科技有限公司 高迁移率氮化镓半导体器件

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