具有PN結(jié)的GaN外延結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有PN結(jié)的GaN外延結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN(氮化鎵)作為第三代半導(dǎo)體的典型代表，具有高功率、高效率、高工作溫度等特點(diǎn)，進(jìn)入21世紀(jì)以來，一直是人們研宄的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，目前已廣泛地應(yīng)用于電力電子、微波通信等各個(gè)領(lǐng)域。
[0003]在微波通信領(lǐng)域，GaN器件可以作為微波功率放大器，具有較高的操作電壓，如果能夠降低來自襯底和緩沖層的泄露電流，就能夠進(jìn)一步提高微波功率放大器的效率，提高器件可靠性。在電力電子領(lǐng)域，GaN器件主要用于電力設(shè)備的電能變換與控制電路中，是電路設(shè)計(jì)極為重要的組成部分，在電力電子領(lǐng)域中，如果能夠有效地降低來自襯底和緩沖層的泄露電流，就能夠有效地降低電能損耗，提高器件可靠性。
[0004]為了能夠降低來自襯底和緩沖層的泄露電流，目前普遍采用降低表面電場(chǎng)技術(shù)(即RESURF技術(shù))，RESURF技術(shù)就是采用較厚的P型半導(dǎo)體材料或者局部的P型摻雜人為地設(shè)置一個(gè)低摻雜區(qū)，使得平面PN結(jié)表面附近處的電場(chǎng)得以分布均勻、并減弱，然而，低摻雜區(qū)由于離溝道較近，對(duì)溝道電場(chǎng)有調(diào)制作用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種具有PN結(jié)的GaN外延結(jié)構(gòu)，能夠利用遠(yuǎn)離溝道的PN結(jié)降低來自襯底的漏電流。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種具有PN結(jié)的GaN外延結(jié)構(gòu)，包括:襯底；成核層，所述成核層形成在所述襯底上#型GaN半導(dǎo)體層，所述P型GaN半導(dǎo)體層形成在所述成核層上；N型GaN半導(dǎo)體層，所述N型GaN半導(dǎo)體層形成在所述P型GaN半導(dǎo)體層上，并與所述P型GaN半導(dǎo)體層形成PN結(jié)；GaN器件，所述GaN器件形成在所述N型GaN半導(dǎo)體層上，所述GaN器件最底層的材料與所述N型GaN半導(dǎo)體層的材料相同；其中，所述P型GaN半導(dǎo)體層和所述N型GaN半導(dǎo)體層的摻雜濃度等于或略高于GaN半導(dǎo)體的本征載流子濃度，所述GaN器件最底層的摻雜濃度高于所述N型GaN半導(dǎo)體層的摻雜濃度，所述P型GaN半導(dǎo)體層的載流子被所述N型GaN半導(dǎo)體層以及所述GaN器件最底層完全耗盡。
[0007]優(yōu)選地，所述GaN器件為高電子迀移率晶體管HEMT、金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET或金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管MESFET。
[0008]優(yōu)選地，所述HEMT包括由下自上層疊的N型GaN溝道層和AlGaN肖特基勢(shì)皇層，所述N型GaN溝道層和所述AlGaN肖特基勢(shì)皇層之間形成二維電子氣，所述AlGaN肖特基勢(shì)皇層上形成有柵極、源極和漏極，所述N型GaN溝道層作為所述GaN器件最底層。
[0009]優(yōu)選地，所述P型GaN半導(dǎo)體層的材料為P型GaN或P型AlGaN，所述N型GaN半導(dǎo)體層的材料為N型GaN或N型AlGaN。
[0010]優(yōu)選地，所述P型GaN半導(dǎo)體層的厚度為50?200納米，摻雜濃度小于或等于5X 1017cm_3，所述P型GaN半導(dǎo)體層的材料的化學(xué)式為AlxGa1J,其中，O彡X彡I。
[0011]優(yōu)選地，所述N型GaN半導(dǎo)體層的厚度為50?200納米，摻雜濃度小于或等于5 X 1017cm_3，所述N型GaN半導(dǎo)體層的材料的化學(xué)式為AlYGai_YN，其中，O彡Y彡I。
[0012]優(yōu)選地，所述襯底的厚度為50?1000微米，所述襯底的材料包括S1、SiC、GaN、藍(lán)寶石或Diamond。
[0013]優(yōu)選地，所述成核層的厚度為50?1000納米，所述成核層的材料的化學(xué)式為
AlzGai_zN，其中 O 彡 Z 彡 I。
[0014]區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明的有益效果是:
[0015]1.利用等于或略高于GaN半導(dǎo)體的本征載流子濃度的摻雜濃度的P型GaN半導(dǎo)體層和N型GaN半導(dǎo)體層形成PN結(jié)，通過PN結(jié)的耗盡區(qū)，降低來自襯底的漏電流，從而能夠利用遠(yuǎn)離溝道的PN結(jié)降低來自襯底的漏電流；
[0016]2.由于P型GaN半導(dǎo)體層的存在，可以減小背柵效應(yīng)；
[0017]3.由于GaN器件最底層的摻雜濃度高于N型GaN半導(dǎo)體層的摻雜濃度，有益于提高GaN器件的擊穿等特性。
[0018]4.PN結(jié)的存在能有效提高柵極到漏極的等效電阻，提高器件增益。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明一實(shí)施例具有PN結(jié)的GaN外延結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例具有PN結(jié)的GaN外延結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]參見圖1，是本發(fā)明一實(shí)施例具有PN結(jié)的GaN外延結(jié)構(gòu)的截面示意圖。本實(shí)施例的具有PN結(jié)的GaN外延結(jié)構(gòu)包括襯底10、成核層20、P型GaN半導(dǎo)體層30、N型GaN半導(dǎo)體層40和GaN器件50。
[0023]成核層20形成在襯底10上，P型GaN半導(dǎo)體層30形成在成核層20上，N型GaN半導(dǎo)體層40形成在P型GaN半導(dǎo)體層30上，并與P型GaN半導(dǎo)體層30形成PN結(jié)60。GaN器件50形成在N型GaN半導(dǎo)體層40上，GaN器件50最底層的材料與N型GaN半導(dǎo)體層40的材料相同。
[0024]其中，P型GaN半導(dǎo)體層30和N型GaN半導(dǎo)體層40的摻雜濃度等于或略高于GaN半導(dǎo)體的本征載流子濃度，GaN器件50最底層的摻雜濃度高于N型GaN半導(dǎo)體層40的摻雜濃度，P型GaN半導(dǎo)體層30的載流子被N型GaN半導(dǎo)體層40以及GaN器件50最底層完全耗盡。也就是說，P型GaN半導(dǎo)體層30和N型GaN半導(dǎo)體層40的摻雜濃度為輕摻雜。由于P型GaN半導(dǎo)體層30的載流子被完全耗盡，PN結(jié)60將形成自然耗盡區(qū)，由于自然耗盡區(qū)沒有載流子，可以有效地屏蔽來自襯底10、成核層20的漏電流，有效地減少漏電流的形成，PN結(jié)60的機(jī)理與PN限幅器類似。
[0025]在本實(shí)施例中，P型GaN半導(dǎo)體層30的材料為P型GaN或P型AlGaN，N型GaN半導(dǎo)體層40的材料為N型GaN或N型AlGaN。具體而言，P