[发明专利]一种氮化镓功率器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化镓功率器件及其制备方法，包括：半导体衬底，设置在半导体衬底上方的缓冲介质层，缓冲介质层上方设有漂移区氮化镓层；所述漂移区氮化镓层的全部区域或设定部分区域内的厚度沿器件耐压状态下低电位电极到高电位电极的方向逐渐增加，从而使衬底产生的场板效果符合电场优化需求。本发明结构中漂移区氮化镓层厚度在水平方向上沿电位升高的方向不断增大，从而增大低电位处的场板作用，降低高电位处的场板作用，从而使器件获得更好的电场调制效果，增加器件的耐压能力。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种氮化镓功率器件及其制备方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

氮化镓做为第三代半导体材料具有宽的禁带宽度、高的临界电场和高的电子迁移率等特性，在高压功率半导体器件制备方面具有独特的优势，受到了广泛的关注和研究。然而，P型氮化镓的制备困难，掺杂浓度难以准确控制，导致具有P型体区的传统器件结构无法采用氮化镓材料制备，这限制了氮化镓材料的应用。目前，氮化镓材料多用于制备高电子迁移率晶体管，同时，为了增加功率器件的散热特性，氮化镓高电子迁移率晶体管需要采用硅衬底进行外延生长，为了保证器件的衬底与漏极之间的耐压特性，需要使器件二维电子气与衬底之间的氮化镓缓冲层保持高阻状态，这一方面限制了氮化镓缓冲层用于导电，另一方面增加了氮化镓缓冲层的制备难度。

另外，参照图1，传统氮化镓高电子迁移率晶体管的高阻氮化镓缓冲层在器件沟道区和漏电极下方具有相同的厚度，在耐压情况下，器件沟道区下方厚度较大的高阻氮化镓缓冲层会在强电场作用下产生漏电流，导致器件提前击穿。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种氮化镓功率器件及其制备方法，该器件不仅可以实现较高的耐压能力和电流能力，而且可以降低栅极边缘电场强度，具有更高的栅极可靠性。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种氮化镓功率器件，包括：半导体衬底，设置在半导体衬底上方的缓冲介质层，缓冲介质层上方设有漂移区氮化镓层；所述漂移区氮化镓层的全部区域或设定部分区域内的厚度沿器件耐压状态下低电位电极到高电位电极的方向逐渐增加，从而使衬底产生的场板效果符合电场优化需求。

进一步地，所述缓冲介质层上还设有沟道区氮化镓层，所述沟道区氮化镓层的全部区域或设定部分区域的厚度小于所述漂移区氮化镓层的平均厚度。

进一步地，所述漂移区氮化镓层与缓冲介质层之间的边界为圆弧形；

或者，

所述漂移区氮化镓层与缓冲介质层之间的边界为椭圆弧形，或者由两段或两段以上的弧连接而成的多段弧形。

进一步地，所述漂移区内全部区域或者设定的部分区域的掺杂浓度与相应位置到所述圆弧所在圆心或所述等效圆弧所在圆心的距离R有关，具体为到之间，其中，E_c为漂移区材料的临界击穿电场强度，ε₀为真空介电常数，ε_r为漂移区材料的相对介电常数，q为单位电荷量，R为相应位置到所述圆弧所在圆心或相应位置到所述等效圆弧所在圆心的距离。

进一步地，所述漂移区内全部区域或者设定的部分区域的掺杂浓度与相应位置到所述圆弧所在圆心或所述等效圆弧所在圆心的距离R有关，具体为到之间，其中，E_c为漂移区材料的临界击穿电场强度，ε₀为真空介电常数，ε_r为漂移区材料的相对介电常数，q为单位电荷量，R为相应位置到所述圆弧所在圆心或相应位置到所述等效圆弧所在圆心的距离。

进一步地，所述圆弧形的弧度处于1/3π到2/3π之间；

或者，

所述等效的圆弧的弧度处于1/3π到2/3π之间。