[发明专利]一种硅衬底上N极性面高频GaN整流器外延结构及其制备方法

说明书

本发明公开了硅衬底上N极性面高频GaN整流器外延结构，包括在硅衬底上依次生长的非掺杂N极性面GaN缓冲层、碳掺杂N极性GaN层、非掺杂N极性面Al_xGa_1‑xN层、非掺杂N极性面AlN插入层、非掺杂N极性面GaN层、N极性InGaN层；其中x＝0.3～0.8。本发明还公开了上述硅衬底上N极性面高频GaN整流器外延结构的制备方法。本发明在硅衬底上N极性面高频GaN整流器外延结构能够提高Al_xGa_1‑xN/GaN异质结界面质量，有效提高后期制备GaN整流器高频性能并有效减小增强型器件制备难度。

技术领域

本发明涉及GaN整流器，特别涉及一种硅衬底上N极性面高频GaN整流器外延结构及其制备方法。

背景技术

以GaN为代表的III族氮化物材料是新一代高频整流器的热点材料，由于其较宽的禁带宽度、优异的导电导热特性、高临界击穿电场、高极限工作温度等优良材料特性，被视为最有可能实现整流器件小型化与集成化的战略材料。然而由于传统GaN整流器外延结构存在器件二维电子限阈性不强、材料内部极化电场影响、高质量AlGaN/GaN异质结生长困难、难以制备增强型器件等原因限制了GaN整流器在高频传能方面的发展与应用。N极性面III族氮化物材料制备工艺的日渐成熟，N极性材料的优点日渐凸显，被一度视为传统金属极性III族氮化物材料的完美替代。由于N极性面III族氮化物材料相比于传统金属极性面III族氮化物具有相反的内建电场方向、更活泼的表面状态、更好的二维电子气限阈性且更易于加工增强型器件等突出优势，使得N极性面III族氮化物整流器件的研制成为目前的实时热点。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种硅衬底上N极性面高频GaN整流器外延结构，器件工作灵敏度高，实现器件高频工作。

本发明的另一目的在于提供上述硅衬底上N极性面高频GaN整流器外延结构的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

硅衬底上N极性面高频GaN整流器外延结构，包括在硅衬底上依次生长的非掺杂N极性面GaN缓冲层、碳掺杂N极性GaN层、非掺杂N极性面Al_xGa_1-xN层、非掺杂N极性面AlN插入层、非掺杂N极性面GaN层、N极性InGaN层；其中x＝0.3～0.8。

所述非掺杂N极性面GaN缓冲层包括非掺杂N极性面AlN缓冲层和非掺杂N极性面组分渐变Al_yGa_1-yN缓冲层；所述非掺杂N极性面组分渐变Al_yGa_1-yN缓冲层生长在非掺杂N极性面AlN缓冲层上面，非掺杂N极性面AlN缓冲层生长在硅衬底上；y＝0.15～0.45；所述非掺杂N极性面GaN缓冲层的厚度为600-800nm；所述非掺杂N极性面AlN缓冲层的厚度为140-220nm。

所述非掺杂N极性面组分渐变Al_yGa_1-yN缓冲层的厚度650-680nm。

碳掺杂N极性GaN层的厚度为80-180nm，掺杂浓度为5.9×10¹⁸～5.0×10¹⁹cm^-3。

所述非掺杂N极性面Al_xGa_1-xN层的厚度为300-450nm。

所述非掺杂N极性面AlN插入层的厚度为2-15nm。

所述非掺杂N极性面GaN层的厚度为500-1500nm。

所述非掺杂N极性InGaN层厚度为80-150nm。

所述的硅衬底上N极性面高频GaN整流器外延结构的制备方法，包括以下步骤：