[发明专利]一种包含p型氧化镓薄层的开关器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种包含p型氧化镓薄层的开关器件及其制备方法，属于功率半导体器件及其制备方法领域，器件包括：衬底、n型氮化镓沟道层、位于所述n型氮化镓沟道层上或部分嵌入所述n型氮化镓沟道层内的p型氧化镓薄层，源电极、漏电极和栅电极，其中所述p型氧化镓薄层氮掺杂含量为1×10¹¹～1×10¹⁸/cm³。通过化学气相沉积法在n型氮化镓沟道层上生长p型氧化镓薄膜，在p‑n结内电场和p型氧化镓空穴的作用下，使得n型氮化镓沟道层中的导电沟道有效关闭，实现对场效应晶体管开关特性的提升。本发明制备的包含p型氧化镓薄层的开关器件方法简单，p型氧化镓层的引入优化了器件的开关特性，降低了待机损耗。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，特别涉及一种包含p型氧化镓薄层的开关器件及制备方法。

背景技术

基于硅材料的功率半导体器件经过多年发展，器件的性能已经趋近硅材料的理论极限，而随着高效完备的功率转换电路和系统需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件成为了研究热点。目前功率半导体器件正进入以氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体时代。由于氮化镓具有的禁带宽度(3.4eV)、高电子饱和速率、高击穿电场，较高热导率，耐腐蚀和抗辐射，在高压、高频、大功率条件下具有较强的优势，被认为是研究短波光电子器件和高压高频率大功率器件的理想材料。以氮化镓以及铝镓氮为基础材料的氮化镓场效应晶体管，在降低器件自身的电力损耗、提高开关频率和器件耐热性能等方面具有优异的表现，在大功率高频能量转换和高频微波通讯等方面有着广阔的应用前景。

基于n型氮化镓材料制作的常开型MOSFET，由于导电沟道为电子导电，在外部施加偏压对器件进行关断时，由于n型掺杂的缘故，导电沟道无法有效关闭，这使得关断时器件仍留有较大的电流，待机损耗也较大，这降低了氮化镓基常开器件的开关性能，影响了氮化镓基器件的应用。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种包含p型氧化镓薄层的开关器件，包括：

衬底；

位于所述衬底上的n型氮化镓沟道层和绝缘层；

位于所述n型氮化镓沟道层上或部分嵌入所述n型氮化镓沟道层内的p型氧化镓薄层；

位于n型氮化镓沟道层和p型氧化镓薄层上的绝缘层；

位于n型氮化镓沟道层上的漏电极和源电极；

位于绝缘介质层上或嵌入绝缘介质层内的栅电极；

所述p型氧化镓薄层氮掺杂含量为。

氮掺杂形成p型氧化镓薄层，由于p型氧化镓薄层的引入，一方面p型氧化镓薄层和n型氮化镓薄层间形成新的p-n结内部电场，这使得器件在关闭状态、栅极电压为负时，内部电场和外部电场方向相同，即可以在相同的栅极电压下，获得更窄的导电沟道，降低导电沟道内电流；另一方面，p型氧化镓薄层引入的空穴，可以俘获导电沟道中的电子，进一步减小导电沟道，使导电沟道内电流进一步降低，从而改善n型氮化镓常开器件的开关性能。

优选的，所述绝缘层端部设置有延伸至n型氮化镓沟道层表面或内部的源区和漏区，所述源区和漏区分别设置漏电极和源电极；所述漏电极和源电极与所述n型氮化镓沟道层欧姆接触。

优选的，所述p型氧化镓薄层为p型β-氧化镓薄层。

优选的，所述n型氮化镓沟道层厚度为1~4μm。

优选的，所述漏电极、源电极或栅电极厚度为10~200nm；所述漏电极、源电极或栅电极材料为金、银、铝、钛、铬、镍、铂及其合金任一种。

优选的，所述绝缘层厚度为10~200nm；所述绝缘层材料为二氧化硅、二氧化铪或三氧化二铝中的任一种。

一种包含p型氧化镓薄层的开关器件制备方法，其特征在于，包括：