[发明专利]一种利用极化掺杂制备增强型GaN基晶体管的方法

说明书

本发明公开了一种通过极化掺杂的方法制备增强型GaN基晶体管的方法。利用AlN和GaN的自发极化强度之间存在较大的差别，可以通过组分渐变的Al_xGa_1‑xN实现极化掺杂获得P型Al_xGa_1‑xN层。在GaN基材料外延生长Al组分逐渐减小的P‑型Al_xGa_1‑xN层，然后在P‑型Al_xGa_1‑xN层上生长Al_xGa_1‑xN层，Al_xGa_1‑xN层为Al组分x从0％‑10％增加到15％‑35％的组分渐变层或x为15％‑35％的组分固定层，再制作与Al_xGa_1‑xN层形成欧姆接触的源、漏极以及与P‑型Al_xGa_1‑xN层形成肖特基接触的栅极。通过改变P‑型Al_xGa_1‑xN的组分厚度可以调节器件开启电压，通过改变Al_xGa_1‑xN层的厚度和组分可以调节导通电阻，从而获得低导通电阻高开启电压的增强型GaN基晶体管。制作方法简单，无特殊工艺要求，可控性强。

技术领域

本发明涉及半导体材料生长和半导体器件制作，特别是涉及一种利用极化掺杂制备增强型GaN基晶体管的方法。

背景技术

氮化镓基高电子迁移率晶体管(HEMT)是由Al_xGa_1-xN势垒和GaN沟道层形成的异质结场效应晶体管，由于Al_xGa_1-xN势垒和GaN沟道层界面有着较大的自发极化和压电极化不连续性，因此在异质结界面存在大量的剩余极化电荷从而在界面形成高浓度的二维电子气。Al_xGa_1-xN势垒层的组分，厚度以及晶体质量都是影响氮化镓基晶体管的关键外延参数。GaN基HEMT具有二维电子气(2DEG)浓度高，迁移率高，击穿电场强等优点被广泛用于高频和高压微波器件。

由于GaN基HEMT的2DEG来自于极化电荷不连续性，因此在势垒没有掺杂和偏压的情况下，GaN沟道层中仍存在高浓度的二维电子气，所以通常情况下氮化镓基HEMT是常开型器件。在电力电子电路中最常用到的晶体管是常关型晶体管，因此需要制作常关型GaN基晶体管。通常实现常关型GaN基晶体管的方法有两大类：一种是将常开型GaN基晶体管与一个硅基常关晶体管组合封装实现常关晶体管的功能；另一种是直接通过刻蚀势垒，势垒注入负离子或者在势垒上生长P-GaN层耗尽导电沟道的二维电子气，从而直接制作出常关型GaN基晶体管。第一种方法由于在电路中串联了一个硅晶体管限制了氮化镓基晶体管具有的耐高温，开关速度快等优点的发挥。第二种方法直接制作增强型GaN基晶体管可以有效发挥GaN基晶体管的耐高温，导通电阻小，开关频率快等优点，但是其器件制作难度大，开启电压的稳定性和可靠性与器件制作工艺以及外延结构密切相关。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种利用包含极化掺杂获得P-型Al_xGa_1-xN势垒的复合势垒外延结构及增强型GaN基晶体管的制备方法，通过采用极化掺杂渐变组分的P-Al_xGa_1-xN层和Al_xGa_1-xN层构成的复合势垒层，不仅可以获得高的导通电阻同时可以获得较大的开启电压。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种利用极化掺杂制备增强型GaN基晶体管的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)于一衬底上依次生长缓冲层和沟道层；