[发明专利]提高氮化镓基功率器件击穿电压的外延方法

说明书

一种提高氮化镓基功率器件击穿电压的外延方法，所述外延方法包括：提供衬底；采用原子层沉积工艺，在所述衬底表面形成缓冲层；在所述缓冲层表面形成氮化镓层。上述方法可以提高形成的氮化镓的质量。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种提高氮化镓基功率器件击穿电压的外延方法。

背景技术

以氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越性质。在制作微波大功率器件、耐高温器件和抗辐照器件等方面具有得天独厚的优势。GaN基功率器件是目前国际上大力发展的前沿热点技术，也是我国能源发展中迫切需要的关键电力电子技术的核心技术。

以氮化镓为代表的III族氮化物的宽禁带半导体材料是功率电子行业未来的发展方向。在同一击穿电压下，GaN功率器件的导通电阻只有硅器件的千分之一，这极大地降低了开关的导通损耗。GaN材料由于带隙宽、本征载流子浓度低，在高温操作下器件性能非常稳定。这些优点都使得GaN功率器件在大功率、低损耗、高温高可靠性、小型化、抗辐照等方面具有无法比拟的优势。

虽然GaN材料理论上击穿电压值很高，但是目前的GaN功率器件的耐高压能力远不及理论计算的击穿电压值。提高材料质量，优化器件结构以及工艺参数，寻找充分发挥GaN基功率器件本征耐高压特性的具体解决方案具有深远意义。降位错密度、提高晶体质量以及高击穿电压设计、优化工艺是材料外延面临的主要技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种提高氮化镓基功率器件击穿电压的外延方法，提高外延形成的氮化物层的质量。

为了解决上述问题，本发明提供了一种提高氮化镓基功率器件击穿电压的外延方法，包括：提供衬底；采用原子层沉积工艺，在所述衬底表面形成缓冲层；在所述缓冲层表面形成氮化镓层。

可选的，所述缓冲层的材料包括：三氧化二铝、氧化铪、氧化钛、氮化钛、氮化铝、氮化铝镓或氮化镓中的一种或多种。

可选的，所述缓冲层为单层或多层结构。

可选的，所述原子层沉积工艺反应腔内真空度为1×10^-4Pa～5×10^-4Pa，加热温度为250℃～800℃，时间为1min～20min。

可选的，所述缓冲层的厚度为1nm～100nm。

可选的，所述氮化镓层的形成方法包括：金属有机物化学气相沉积工艺、分子束外延工艺、氢化物气相外延工艺或原子层外延工艺中的一种或多种。

可选的，采用金属有机物化学气相沉积工艺形成所述氮化镓层，生长温度为1100℃～1150℃，反应物包括三甲基镓和氨气，所述三甲基镓的流量为5slm～50slm、所述氨气的流量为80μmol/min～220μmol/min，载气为氢气和氮气，流量为10slm～80slm。

可选的，所述衬底材料包括蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、氧化铝、铝酸锂或氮化镓中的一种或多种。

本发明的外延方法，在所述采用原子层沉积工艺形成的缓冲层上形成氮化镓层，可以消除氮化镓基功率器件外延材料缓冲层与衬底之间的界面态，减小漏电流，提高器件击穿电压特性，同时有效地缓解衬底与氮化物之间的晶格适配和热膨胀系数适配的问题，可应用于氮化镓基光电或电子器件制备。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式的提高氮化镓基功率器件击穿电压的外延方法的流程示意图；

图2至图4为本发明一具体实施方式的提高氮化镓基功率器件击穿电压的外延过程的剖面结构示意图。

具体实施方式