[发明专利]氮化镓半导体器件及其制备方法

说明书

本发明提供一种氮化镓半导体器件及其制备方法，氮化镓半导体器件的制备方法包括采用非本征掺杂剂通过外部碳掺杂法在缓冲层与沟道层之间形成碳掺杂层，外部碳掺杂法的生长条件为：衬底表面温度大于或等于900℃，生长压力大于或等于50mbar以及Ⅴ/Ⅲ比大于或等于200。氮化镓半导体器件中碳浓度均匀且器件击穿均匀性好。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体地说，是涉及一种氮化镓半导体器件及其制备方法。

背景技术

功率器件通常需要具有高击穿电压、低导通电阻以及快速开关的能力。以往电力半导体市场以硅的功率器件为主，过去20年，硅功率器件的性能已经接近理论极限，进一步提升其性能极为困难。

相比硅或砷化镓，氮化镓(GaN)半导体具有带隙宽(Eg＝3.4eV)、优良的热稳定性、高击穿电压、高电子饱和漂移速度及优良的抗辐射性能。另外，相比硅功率半导体，GaN功率半导体具有低温抵抗特性，具有可以减少功率半导体引起的功率转换损失，做到功率转换系统电力损耗最少化等优点。GaN半导体器件以低损耗、高耐压、快速开关能力、高温工作能力等优势成为新一代功率器件。工业电子、电力传输、智能家居、电动汽车、轨道交通等领域对GaN半导体的需要不断扩大。

氮化镓半导体器件(GaN High Electron Mobility Transistor，GaNHEMT)作为高压器件，通常通过本征方法(intrinsic method或auto-doping method)将碳掺入缓冲层中以实现高垂直击穿电压。本征方法是通过控制生长条件在低压力、低Ⅴ/Ⅲ比以及低温下来控制碳掺杂碳的浓度，由于对生长条件非常敏感，所以很难控制掺入碳的浓度和均匀性。并且由于Ⅴ/Ⅲ的比例低和生长温度低，通过本征方法得到的晶体质量很差，存在碳掺入的均匀性和击穿均匀性不好的问题。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种碳浓度均匀且器件击穿均匀性好的氮化镓半导体器件的制备方法。

本发明的第二目的是提供一种碳浓度均匀且器件击穿均匀性好的氮化镓半导体器件。

为实现上述第一目的，本发明提供一种氮化镓半导体器件的制备方法，包括采用非本征掺杂剂通过外部碳掺杂法形成碳掺杂层；外部碳掺杂法的生长条件为：衬底表面温度大于或等于900℃，生长压力大于或等于50mbar以及Ⅴ/Ⅲ比大于或等于200。

一个优选的方案是，碳掺杂层包括碳掺杂高阻层和非故意掺杂层，碳掺杂高阻层的碳浓度大于非故意掺杂层的碳浓度，非故意掺杂层位于缓冲层与碳掺杂高阻层之间。

一个优选的方案是，碳掺杂层包括碳掺杂高阻层和非故意掺杂层，碳掺杂高阻层的碳浓度大于非故意掺杂层的碳浓度，非故意掺杂层位于碳掺杂高阻层内。

进一步的方案是，碳掺杂高阻层包括碳掺杂超晶格层和碳掺杂氮化镓层，碳掺杂超晶格层为碳掺杂氮化镓超晶格层、碳掺杂铝镓氮超晶格层或碳掺杂氮化铝超晶格层。

进一步的方案是，非故意掺杂层位于碳掺杂超晶格层和碳掺杂氮化镓层之间。

进一步的方案是，碳掺杂超晶格层的数量为至少两层，非故意掺杂层位于相邻两个碳掺杂超晶格层之间。碳掺杂氮化镓层位于最上层的碳掺杂超晶格层的上方。

一个优选的方案是，非故意掺杂层为非故意掺杂氮化镓层、非故意掺杂铝镓氮层、非故意掺杂氮化镓超晶格层、非故意掺杂铝镓氮超晶格层或非故意掺杂氮化铝超晶格层。

一个优选的方案是，非故意掺杂层的碳浓度小于5E18个原子/cm³，碳掺杂高阻层的碳浓度大于5E18个原子/cm³。