[实用新型]一种碳化硅衬底氮化镓基功率器件

说明书

本实用新型设计了一种碳化硅衬底氮化镓基功率器件，属于半导体功率器件及其制备技术领域，其技术方案为由下向上依次设置的衬底层、缓冲层以及外延层，缓冲层为第一AlN缓冲层和第二AlN缓冲层，外延层包括AlGaN应力调控层、n‑AlGaN导电缓冲层、n‑GaN薄膜层、n‑AlGaN/n‑GaN超晶格应力缓解层、InGaN/GaN多量子阱结构层、p‑AlGaN电子阻挡层、p‑GaN薄膜层以及p‑GaN重掺层，其具有电流分布均匀、发热量少、工艺简单和有源区面积大等优点，大大提高了氮化镓基功率器件的工作性能，提升了器件的使用寿命。

技术领域

本实用新型属于半导体功率器件及其制备技术领域，涉及氮化镓基功率器件，具体为一种碳化硅衬底氮化镓基功率器件。

背景技术

近些年来，Ⅲ族氮化物半导体材料已经得到深入研究和广泛应用。从技术应用上来讲，Ⅲ族氮化物宽禁带直接带隙半导体材料具有高硬度、高导热率、宽禁带、高电子迁移率、稳定的化学性质、较小介电常数和耐等优点，得到了广泛的开发和应用，拥有巨大的发展前景。而氮化镓是半导体Ⅲ族氮化物的基本材料，其质地坚硬，且化学性质稳定，室温下不与酸、碱反应，不溶于水，而且具有较高的熔点；因此，氮化镓材料是作为半导体功率器件良好的选择；目前，对于制作氮化镓基功率器件来说，一般采用的是蓝宝石作为衬底，但是，蓝宝石衬底导热性能差，因此在制作功率器件时会传导出大量的热量，而导热性能又是大功率器件的一个非常重要的考虑因素；其次，利用蓝宝石作为衬底，通常只能在外延层上表面制作N型和P型电极，造成了有效发光面积减小，材料利用率降低；最后，蓝宝石衬底与GaN晶格失配严重，会导致外延层中产生大量缺陷，给后续器件加工工艺造成困难。

实用新型内容

为了解决现有技术中导热性能差、发光效率低、器件制作困难的技术问题，本实用新型设计了一种碳化硅衬底氮化镓基功率器件，实现了良好的导热性能，大幅度提成了发光效率，为大功率器件制作提供了技术保障。

本实用新型采用的技术方案是，一种碳化硅衬底氮化镓基功率器件，包括由下向上依次设置的衬底层、缓冲层以及外延层，关键在于：所述的衬底层为碳化硅衬底层，外延层包括由下向上依次设置的AlGaN应力调控层、n-AlGaN导电缓冲层、n-GaN薄膜层、n-AlGaN/n-GaN超晶格应力缓解层、InGaN/GaN多量子阱结构层、p-AlGaN电子阻挡层、p-GaN薄膜层以及p-GaN重掺层。

进一步地，所述的缓冲层包括第一AlN缓冲层以及位于其上方的第二AlN缓冲层，第一AlN缓冲层和第二AlN的生长厚度都是100nm。

进一步地，所述AlGaN应力调控层为Al组分渐变的渐变式AlGaN层，Al组分的质量百分比由下向上逐渐由100％减小到0，AlGaN应力调控层的厚度为80nm。

进一步地，所述n-AlGaN导电缓冲层的厚度为100nm，n-AlGaN导电缓冲层的组分比例为Al占0.3、Ga占0.7。

进一步地，所述n-GaN薄膜层厚度为2μm。

进一步地，所述n-AlGaN/n-GaN超晶格应力缓解层的厚度为2.5nm/16nm。

进一步地，所述InGaN/GaN多量子阱结构层为5对2.5nm/15nm厚的InGaN/GaN多量子阱层。

进一步地，所述p-AlGaN电子阻挡层的厚度为20nm，p-AlGaN电子阻挡层的组分比例为Al占0.2、Ga占0.8。

进一步地，所述p-GaN薄膜层的厚度为200nm。

进一步地，所述p-GaN重掺层的厚度为10nm。

本实用新型的有益效果是通过本申请的技术方案，设计了垂直结构的功率器件，具有电流分布均匀、发热量少、工艺简单和有源区面积大等优点，克服了发热严重、发光效率差以及器件制作困难的缺点。