[發(fā)明專利]氮化鎵半導(dǎo)體器件及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110335610.7
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113035712A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李啓珍;黃敬源
• 申請（專利權(quán)）人: 英諾賽科（珠海）科技有限公司
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L29/06;H01L29/20;H01L29/201;H01L29/207;H01L29/778
• 代理公司: 珠海智專專利商標(biāo)代理有限公司 44262
• 代理人: 薛飛飛;黃國豪

本發(fā)明提供一種氮化鎵半導(dǎo)體器件及其制備方法，氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法包括采用非本征摻雜劑通過外部碳摻雜法在緩沖層與溝道層之間形成碳摻雜層，外部碳摻雜法的生長條件為：襯底表面溫度大于或等于900℃，生長壓力大于或等于50mbar以及Ⅴ/Ⅲ比大于或等于200。氮化鎵半導(dǎo)體器件中碳濃度均勻且器件擊穿均勻性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種氮化鎵半導(dǎo)體器件及其制備方法。

背景技術(shù)

功率器件通常需要具有高擊穿電壓、低導(dǎo)通電阻以及快速開關(guān)的能力。以往電力半導(dǎo)體市場以硅的功率器件為主，過去20年，硅功率器件的性能已經(jīng)接近理論極限，進(jìn)一步提升其性能極為困難。

相比硅或砷化鎵，氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體具有帶隙寬(Eg＝3.4eV)、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、高擊穿電壓、高電子飽和漂移速度及優(yōu)良的抗輻射性能。另外，相比硅功率半導(dǎo)體，GaN功率半導(dǎo)體具有低溫抵抗特性，具有可以減少功率半導(dǎo)體引起的功率轉(zhuǎn)換損失，做到功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電力損耗最少化等優(yōu)點。GaN半導(dǎo)體器件以低損耗、高耐壓、快速開關(guān)能力、高溫工作能力等優(yōu)勢成為新一代功率器件。工業(yè)電子、電力傳輸、智能家居、電動汽車、軌道交通等領(lǐng)域?qū)aN半導(dǎo)體的需要不斷擴大。

氮化鎵半導(dǎo)體器件(GaN High Electron Mobility Transistor，GaNHEMT)作為高壓器件，通常通過本征方法(intrinsic method或auto-doping method)將碳摻入緩沖層中以實現(xiàn)高垂直擊穿電壓。本征方法是通過控制生長條件在低壓力、低Ⅴ/Ⅲ比以及低溫下來控制碳摻雜碳的濃度，由于對生長條件非常敏感，所以很難控制摻入碳的濃度和均勻性。并且由于Ⅴ/Ⅲ的比例低和生長溫度低，通過本征方法得到的晶體質(zhì)量很差，存在碳摻入的均勻性和擊穿均勻性不好的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一目的是提供一種碳濃度均勻且器件擊穿均勻性好的氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法。

本發(fā)明的第二目的是提供一種碳濃度均勻且器件擊穿均勻性好的氮化鎵半導(dǎo)體器件。

為實現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明提供一種氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法，包括采用非本征摻雜劑通過外部碳摻雜法形成碳摻雜層；外部碳摻雜法的生長條件為：襯底表面溫度大于或等于900℃，生長壓力大于或等于50mbar以及Ⅴ/Ⅲ比大于或等于200。

一個優(yōu)選的方案是，碳摻雜層包括碳摻雜高阻層和非故意摻雜層，碳摻雜高阻層的碳濃度大于非故意摻雜層的碳濃度，非故意摻雜層位于緩沖層與碳摻雜高阻層之間。

一個優(yōu)選的方案是，碳摻雜層包括碳摻雜高阻層和非故意摻雜層，碳摻雜高阻層的碳濃度大于非故意摻雜層的碳濃度，非故意摻雜層位于碳摻雜高阻層內(nèi)。

進(jìn)一步的方案是，碳摻雜高阻層包括碳摻雜超晶格層和碳摻雜氮化鎵層，碳摻雜超晶格層為碳摻雜氮化鎵超晶格層、碳摻雜鋁鎵氮超晶格層或碳摻雜氮化鋁超晶格層。

進(jìn)一步的方案是，非故意摻雜層位于碳摻雜超晶格層和碳摻雜氮化鎵層之間。

進(jìn)一步的方案是，碳摻雜超晶格層的數(shù)量為至少兩層，非故意摻雜層位于相鄰兩個碳摻雜超晶格層之間。碳摻雜氮化鎵層位于最上層的碳摻雜超晶格層的上方。

一個優(yōu)選的方案是，非故意摻雜層為非故意摻雜氮化鎵層、非故意摻雜鋁鎵氮層、非故意摻雜氮化鎵超晶格層、非故意摻雜鋁鎵氮超晶格層或非故意摻雜氮化鋁超晶格層。

一個優(yōu)選的方案是，非故意摻雜層的碳濃度小于5E18個原子/cm³，碳摻雜高阻層的碳濃度大于5E18個原子/cm³。