[发明专利]一种垂直型氮化镓功率开关器件及其制备方法

权利要求书

1.一种垂直型氮化镓功率开关器件，其特征在于，所述开关器件包括：

衬底（a）；

N型重掺杂氮化镓层（b），所述N型重掺杂氮化镓层（b）制作在衬底（a）上方；

电流窗口层（c），该层包括两个高阻氮化镓区（HR-GaN）和电流窗口区（g），所述电流窗口层（c）制作在所述N型重掺杂氮化镓层（b）上方，所述电流窗口区（g）位于两个所述高阻氮化镓区（HR-GaN）之间；

非故意掺杂高迁移率氮化镓层（d），所述非故意掺杂高迁移率氮化镓层（d）制作在所述电流窗口层（c）上方；

氮化铝插入层（e），所述氮化铝插入层（e）制作在所述非故意掺杂高迁移率氮化镓层（d）上方；

非有意掺杂铝镓氮势垒层（f），所述非有意掺杂铝镓氮势垒层（f）制作在所述氮化铝插入层（e）上方；

欧姆接触源极（Source），所述欧姆接触源极（Source）制作在所述非有意掺杂铝镓氮势垒层（f）和氮化铝插入层（e）上方；

欧姆接触漏极（Drain），所述欧姆接触漏极（Drain）制作在所述N型重掺杂氮化镓层（b）上方；

肖特基接触栅极（Gate），所述肖特基接触栅极（Gate）制作在非有意掺杂铝镓氮势垒层（f）上方。

2.根据权利要求1所述的垂直型氮化镓功率开关器件，其特征在于，所述N型重掺杂氮化镓层（b）的厚度为2-5μm，其掺杂浓度为1×10¹⁶-1×10¹⁹/cm^-3；其用于连通所述电流窗口区（g）和器件漏极。

3.根据权利要求1所述的垂直型氮化镓功率开关器件，其特征在于，所述高阻氮化镓区（HR-GaN）的厚度为0.3-2μm，室温电阻率大于1×10⁶Ω·cm。

4.根据权利要求1所述的垂直型氮化镓功率开关器件，其特征在于，所述电流窗口区（g）的宽度L_W大于0.5μm。

5.根据权利要求1所述的垂直型氮化镓功率开关器件，其特征在于，所述非故意掺杂高迁移率氮化镓层d的厚度为0-0.2μm，室温电子迁移率大于500cm²/Vs。

6.根据权利要求1所述的垂直型氮化镓功率开关器件，其特征在于，所述氮化铝插入层（e）的厚度为0.5-3nm。

7.根据权利要求1所述的垂直型氮化镓功率开关器件，其特征在于，所述非故意掺杂铝镓氮势垒层（f）厚度为8-30nm，铝镓氮的分子式是Al_xGa_1-xN，其中，0.10≤x≤0.35。

8.一种制备权利要求1-7任一所述的垂直型氮化镓功率开关器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1）选择一衬底（a）；

2）在所述衬底（a）上生长一层N型重掺杂氮化镓层（b）；

3）采用掩膜、刻蚀方法刻掉所述N型重掺杂氮化镓层（b）的部分区域；

4）在未去除掩膜材料的情况下，生长高阻氮化镓，其厚度与刻蚀掉的深度相等，然后去除掩膜材料；

5）继续生长非故意掺杂高迁移率氮化镓层（d）；

6）在所述非故意掺杂高迁移率氮化镓层（d）上生长氮化铝插入层（e）；

7）在所述氮化铝插入层（e）上生长非故意掺杂铝镓氮势垒层（f）；

8）采用刻蚀方法刻掉漏极区域，其刻蚀深度刻到所述N型重掺杂氮化镓层（b）处，并且分别在此处和源极处经光刻、沉积金属、退火的步骤，实现源极和漏极两处的欧姆接触制作；

9）在栅极位置沉积金属，不做处理，形成肖特基接触。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述衬底（a）为碳化硅衬底、蓝宝石衬底或硅衬底的任一种。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，生长的方法包括但不局限于金属有机物化学气相沉积法、分子束外延和气相外延。