[發明專利]鎵解理面III族/氮化物磊晶結構及其主動元件與其制作方法

有效

• 申請號: 201710447012.2
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107507856B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 江文章
• 申請（專利權）人: 黃知澍
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/778;H01L29/872;H01L21/335;H01L21/329
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司 11019
• 代理人: 壽寧;張華輝

本發明是關于一種鎵解理面III族/氮化物磊晶結構及其主動元件與其制作方法。在此鎵解理面的氮化鎵鋁/氮化鎵磊晶結構包含有一基底；一位于基底上的氮化鎵碳摻雜高阻值層；一位于氮化鎵碳摻雜高阻值層上的氮化鎵鋁緩沖層；一位于氮化鎵鋁緩沖層上的氮化鎵通道層；以及一位于氮化鎵通道層上的氮化鎵鋁層。在元件設計上藉由P型氮化鎵倒置梯型柵極或陽極結構使鎵解理面III族/氮化物磊晶結構內的二維電子氣在P型氮化鎵倒置梯型結構下方處能呈現耗盡狀態，以制作出P型氮化鎵柵極加強型氮化鎵鋁/氮化鎵高速電子遷移率晶體管、P型氮化鎵陽極氮化鎵鋁/氮化鎵肖特基勢壘二極管或混合型元件。

技術領域

本發明是關于一種磊晶結構，特別是關于一種可阻擋緩沖層缺陷 (buffer trap)的電子進入通道層(channel layer)的嶄新的鎵解理面(Ga-Face) III族/氮化物半導體系列磊晶結構，以及利用該磊晶結構所形成的主動元件與其制作方法。

背景技術

在過去的習知技藝中，以磊晶結構來達到加強型氮化鎵鋁/氮化鎵(AlGaN/GaN)高速電子遷移率晶體管(E-Mode AlGaN/GaN HEMT)最常見的方式就是1.鎵解理面(Ga-Face)P型氮化鎵(P-GAN)柵極加強型高速電子遷移率晶體管(P-GaN Gate E-Mode HEMTstructure)、2.氮解理面氮化鎵鋁柵極加強型高速電子遷移率晶體管(N-Face Al(x)GaNGate E-Mode HEMT structure)，但正如兩者元件的命名方式就可知只有柵極(Gate)的區域會保留P型氮化鎵(P-GAN) 或氮化鎵鋁(Al(x)GaN)。

最常見的制程方式就是使用一種磊晶結構，并將柵極(Gate)區域以外的P型氮化鎵(P-GAN)以干式蝕刻的方式蝕刻掉，并盡量保持下一層的磊晶層厚度的完整性，因為當下一層的磊晶層被蝕刻掉太多的話會連帶造成的氮化鎵鋁/ 氮化鎵(AlGaN/GaN)接口的二維電子氣(2-DEG)無法形成。因此，以干式蝕刻的方式其實難度很高因為:1.蝕刻深度難掌控、2.磊芯片上每一個磊晶層的厚度還是會有不均勻的。

有鑒于此，本發明針對上述的缺失，提出一種嶄新的鎵解理面(Ga-Face) III族/氮化物磊晶結構與以及利用該磊晶結構所形成的主動元件與其積體化的制作方法。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種嶄新的鎵解理面(Ga-Face)III族/氮化物磊晶結構與利用該磊晶結構所形成的主動元件與其積體化的制作方法，以解決磊晶結構在高速電子遷移率晶體管所遇到的制程瓶頸，并且本發明的鎵解理面(Ga-Face)III族/氮化物磊晶結構基板上可一次性形成數種能夠在高電壓高速操作的主動元件。

本發明的另一目的在于藉由P型氮化鎵(P-GAN)倒置梯型柵極或陽極結構使鎵解理面(Ga-Face)III族/氮化物磊晶結構內的二維電子氣(2-DEG)在P型氮化鎵(P-GAN)倒置梯型結構下方處能呈現耗盡狀態，以制作出P型氮化鎵柵極加強型氮化鎵鋁/氮化鎵(AlGaN/GaN)高速電子遷移率晶體管、P型氮化鎵陽極氮化鎵鋁/氮化鎵(AlGaN/GaN)肖特基勢壘二極管或混合型元件。

為達上述目的，本發明提出一種鎵解理面氮化鎵鋁/氮化鎵磊晶結構，其包含有:一基底；一氮化鎵碳摻雜高阻值層(碳摻雜)，其位于該基底上；一氮化鎵鋁緩沖層，其位于該氮化鎵碳摻雜高阻值層上；一氮化鎵通道層，其位于該氮化鎵鋁緩沖層上；以及一氮化鋁鎵層，其位于該氮化鎵通道層上，其中該氮化鎵鋁層中的鋁含量范圍為X，而該X＝0.1～0.3；該氮化鎵鋁緩沖層中的鋁含量范圍為Y，而該Y＝0.05～0.75。

本發明更提出數種使用該鎵解理面(Ga face)的氮化鎵鋁/氮化鎵 (AlGaN/GaN)磊晶結構所制得的具有P型氮化鎵(P-GAN)倒置梯型結構的晶體管或肖特基勢壘二極管元件，與其制作方法。

附圖說明