P型栅增强型GaN基功率器件及其制备方法、电子设备与流程

p型栅增强型gan基功率器件及其制备方法、电子设备
技术领域
1.本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种p型栅增强型gan基功率器件及其制备方法、电子设备。

背景技术：

2.基于algan/gan异质结构的hemt（highelectronmobilitytransistor，高电子迁移率晶体管）具有高的电流密度、临界击穿电压和电子迁移率，在微波功率和高温电子器件领域具有十分重要的应用价值。
3.hemt通常包括芯片和位于芯片上的源极、漏极和栅极，传统的耗尽型gan基hemt器件在射频与功率电路应用中无法实现电路防误启动保护功能，因此需要开发增强型gan基hemt器件用以简化电路设计和提升电路安全性。目前，实现商业化的gan基hemt器件增强技术是p型栅技术，p型栅是通过在栅极和势垒层之间生长p型氮化物，将异质结的导带底提高至费米能级之上，耗尽栅下区域2deg从而实现增强。p型栅增强型器件不需要对栅进行额外的处理工艺，不存在栅不稳定性问题，可靠性高，成为了gan功率器件商业化的首选。
4.然而，p型栅增强型gan基hemt器件仍面临p型掺杂浓度较低的问题，这是由于p型半导体中受主杂质镁(mg)的能级很高，从而造成受主杂质镁(mg)电离困难（170mev），其离化率只有1%。同时出现栅极漏电较大的问题，单纯通过增加镁的掺杂浓度并不仅不能得到更高的空穴浓度，而且由于重掺杂后导致出现晶体缺陷，此时受主掺杂的补偿来自晶体缺陷（自补偿），从而影响了受主掺杂浓度和受主能级高度，以上等问题制约了增强型器件的进一步推广应用。

技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种p型栅增强型gan基功率器件，其能够解决受主杂质mg原子电离困难、离化率低的问题。
6.本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种p型栅增强型gan基功率器件的制备方法，其工艺简单，能够稳定制得上述性能良好的p型栅增强型gan基功率器件。
7.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种p型栅增强型gan基功率器件，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、gan耐压层、gan沟道层、aln插入层、algan势垒层和gan盖帽层，所述gan盖帽层表面设有源极和漏极和生长在p型复合层表面的栅极；所述p型复合层包括若干个周期性依次交替层叠生长的第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层。
8.在一种实施方式中，所述第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层的循环周期数为2-20。
9.在一种实施方式中，所述p型复合层的厚度为10nm-200nm。
10.在一种实施方式中，所述p型复合层中，所述第一mg原子扩散阻断层的厚度占比为70%-80%，所述第二ga原子解吸附层的厚度占比为10%-20%，所述第三mg原子吸附层的厚度
占比为1%-20%。
11.在一种实施方式中，所述p型复合层的mg的掺杂浓度为1
×
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atoms/cm
3-1
×
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atoms/cm3。
12.为解决上述问题，本发明还提供了一种所述的p型栅增强型gan基功率器件的制备方法，包括以下步骤：准备衬底；在所述衬底上依次沉积缓冲层、gan耐压层、gan沟道层、aln插入层、algan势垒层和gan盖帽层；在所述gan盖帽层表面制备源极和漏极，并在所述gan盖帽层表面沉积p型复合层，在所述p型复合层表面制备栅极；所述p型复合层包括若干个周期性依次交替层叠生长的第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层。
13.在一种实施方式中，所述第一mg原子扩散阻断层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为800℃-1100℃，通入镓源、氮源和镁源，镓原子和氮原子进行表面扩散形成所述第一mg原子扩散阻断层。
14.在一种实施方式中，所述第二ga原子解吸附层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为1100℃-1400℃，通入镓源和氮源，所述镓源的通入量逐渐减少至关闭，形成所述第二ga原子解吸附层。
15.在一种实施方式中，所述第三mg原子吸附层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为500℃-800℃，通入镁源和氮源，镁原子进行表面扩散形成所述第三mg原子吸附层。
16.相应地，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括所述的p型栅增强型gan基功率器件。
17.实施本发明，具有如下有益效果：与现有技术相比，本发明在gan盖帽层上增设了p型复合层，所述p型复合层包括若干个周期性依次交替层叠生长的第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层。其中，所述第一mg原子扩散阻断层可以有效的阻挡所述第三mg原子吸附层内的mg原子向algan势垒层和gan沟道层中扩散，减少形成载流子陷阱和漏电通道，提升hemt器件的性能和可靠性。所述第二ga原子解吸附层精准调控gan材料的ga原子的解吸附速率，为所述第三mg原子吸附层中能够实现mg原子的高效并入做好铺垫。所述第三mg原子吸附层利用表面效应在所述第二ga原子解吸附层的基础上将mg原子高效并入gan材料中，最终得到表面平整、空穴浓度高的高质量的p型gan半导体层。在所述p型复合层的各子层的相互作用下最终解决了受主杂质mg原子电离困难、离化率低的问题。
附图说明
18.图1为本发明提供的p型栅增强型gan基功率器件的结构示意图。
19.其中：衬底1、缓冲层2、gan耐压层3、gan沟道层4、aln插入层5、algan势垒层6、gan盖帽层7、p型复合层8、漏极9、源极10、栅极11。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明作进一步地详细描述。
21.除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：本发明中，所使用的“其组合”、“其任意组合”、“其任意组合方式”等中包括所列项目中任两个或任两个以上项目的所有合适的组合方式。
22.本发明中，“优选”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本发明保护范围的限制。
23.本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
24.本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，则包括数值区间的两个端点。
25.为解决上述问题，本发明提供了一种p型栅增强型gan基功率器件，如图1所示，包括衬底1及依次层叠于所述衬底1上的缓冲层2、gan耐压层3、gan沟道层4、aln插入层5、algan势垒层6和gan盖帽层7，所述gan盖帽层7表面设有源极10和漏极9和生长在p型复合层8表面的栅极11；所述p型复合层8包括若干个周期性依次交替层叠生长的第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层。
26.现有技术中，p型gan半导体一般是在gan中掺杂mg，而受主杂质镁(mg)的能级很高，从而造成受主杂质镁(mg)电离困难（170mev），其离化率只有1％，并且单纯通过增加镁(mg)的掺杂浓度并不能得到更高的空穴浓度，因为重掺杂后导致出现晶体缺陷，此时受主掺杂的补偿来自晶体缺陷（自补偿），从而影响了受主掺杂浓度和受主能级高度。
27.与现有技术相比，本发明在gan盖帽层7上增设了p型复合层8，所述p型复合层8包括若干个周期性依次交替层叠生长的第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层。其中，所述第一mg原子扩散阻断层可以有效的阻挡所述第三mg原子吸附层内的mg原子向algan势垒层6和gan沟道层4中扩散，减少形成载流子陷阱和漏电通道，提升hemt器件的性能和可靠性。所述第二ga原子解吸附层精准调控gan材料的ga原子的解吸附速率，为所述第三mg原子吸附层中能够实现mg原子的高效并入做好铺垫。所述第三mg原子吸附层利用表面效应在所述第二ga原子解吸附层的基础上将mg原子高效并入gan材料中，最终得到表面平整、空穴浓度高的高质量的p型gan半导体层。在所述p型复合层8的各子层的相互作用下最终解决了受主杂质mg原子电离困难、离化率低的问题。
28.所述p型复合层8包括若干个周期性依次交替层叠生长的第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层。这里的循环周期数目过少，不利于得到高的空穴浓度；循环周期数目过多，p型栅中的掺mg浓度不可避免的还是随着循环周期数目的递增，高浓度的mg掺杂会导致出现反相畴、点缺陷和表面mg突起引起的螺位错，降低p型栅材料的晶体质量，并且由于mg有记忆效应，会进一步向algan势垒层6和gan盖帽层7和gan沟道层4中扩散。在一种实施方式中，所述第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层的循环周期数为2-20。在一种实施方式中，所述p型复合层8的mg的掺杂浓度为1
×
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atoms/cm
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atoms/cm3。
29.在一种实施方式中，所述p型复合层8的厚度为10nm-200nm。优选地，所述p型复合
层8中，所述第一mg原子扩散阻断层的厚度占比为70%-80%，所述第二ga原子解吸附层的厚度占比为10%-20%，所述第三mg原子吸附层的厚度占比为1%-20%。
30.需要说明的是，所述第一mg原子扩散阻断层的厚度按照上述范围大于所述第三mg原子吸附层的厚度，能够保证所述第三mg原子吸附层的mg原子被所述第一mg原子扩散阻断层有效阻挡，mg原子掺杂有记忆效应，会进一步向势垒和沟道中扩散，因此需要保证所述第一mg原子扩散阻断层的有效阻挡。
31.所述第二ga原子解吸附层的厚度按照上述范围大于所述第三mg原子吸附层的厚度，这样能够使得所述第二ga原子解吸附层中留下的ga空位被所述第三mg原子吸附层内的mg原子充分替代填充。但考虑到mg原子的记忆效应，并不是所有mg原子都会去替代ga空位，提高gan的空穴浓度，还有一部分mg原子会进一步向algan势垒层6和gan盖帽层7和gan沟道层4中扩散，这部分的mg原子会被所述第一mg原子扩散阻断层阻挡，在提高了p型栅的高的空穴浓度的同时也保证了p型栅和algan势垒层6和gan盖帽层7和gan沟道层4材料的晶体质量。
32.更佳地，所述第一mg原子扩散阻断层的厚度为0.1nm-10nm，所述第二ga原子解吸附层的厚度为0.1nm-10nm，所述第三mg原子吸附层的厚度为0.1nm-10nm。
33.在一种实施方式中，所述第一mg原子扩散阻断层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为800℃-1100℃，通入镓源、氮源和镁源，镓原子和氮原子进行表面扩散形成所述第一mg原子扩散阻断层。优选地，氮源nh3氛围为35slm-50slm。在此过程中，镓原子和氮原子进入反应腔室后气相扩散吸附在衬底1表面进行表面扩散，在800℃-1100℃温度下扩散系数达到最佳，发生表面反应，形成氮化镓薄膜。
34.在一种实施方式中，所述第二ga原子解吸附层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为1100℃-1400℃，通入镓源和氮源，所述镓源的通入量逐渐减少至关闭，形成所述第二ga原子解吸附层。优选地，氮源nh3氛围为35slm-50slm。所述镓源的流量以每分钟减少30%-60%的速度逐渐减少至关闭。在此过程中，镓源减少直到中断后，继续保持反应腔室的nh3氛围不变，镓原子逐渐从氮化镓薄膜中解吸附，在1100℃-1400℃解吸附效率达到最大，从而为所述第三mg原子吸附层中mg原子的高效并入做好铺垫。
35.在一种实施方式中，所述第三mg原子吸附层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为500℃-800℃，通入镁源和氮源，镁原子进行表面扩散形成所述第三mg原子吸附层。优选地，氮源nh3氛围为35slm-50slm。在此过程中，生长温度控制到500℃-800℃，镁原子的扩散系数达到最佳，并且替代了镓原子解吸附的空位，高效的并入到氮化镓薄膜中，提高了p型复合层8的空穴浓度。
36.按照上文所述，本发明采用特定方法制得的所述p型复合层8，其中所述第一mg原子扩散阻断层有效地阻止了mg向algan势垒层6和gan沟道层4中的扩散，减少形成载流子陷阱和漏电通道，提升hemt器件的性能和可靠性。所述第二ga原子解吸附层通过调控生长温度和氨气氛围以及ga源的流量，对gan材料精准控制ga原子的解吸附速率，为所述第三mg原子吸附层中mg原子的高效并入做好铺垫。所述第三mg原子吸附层利用表面效应，通过调控生长温度和氨气氛围以及mg源的流量实现mg原子高效并入。在上述三层结构的综合作用下解决了受主杂质mg原子电离困难、离化率低的问题。
37.相应地，本发明还提供了一种所述的p型栅增强型gan基功率器件的制备方法，包
括以下步骤：准备衬底1；在所述衬底1上依次沉积缓冲层2、gan耐压层3、gan沟道层4、aln插入层5、algan势垒层6和gan盖帽层7；在所述gan盖帽层7表面制备源极10和漏极9，并在所述gan盖帽层7表面沉积p型复合层8，在所述p型复合层8表面制备栅极11；所述p型复合层8包括若干个周期性依次交替层叠生长的第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层。
38.具体地，包括以下步骤：s1、提供一生长所需的衬底1；优选地，采用si（111）晶面作为外延层生长衬底1。
39.s2、在所述衬底1上沉积缓冲层2；在一种实施方式中，采用金属有机气相化学沉积方法，在所述衬底1上沉积缓冲层2，反应室的生长压力为50torr-200torr，石墨基座转速控制在500r/min-1000r/min，通入流量为30slm-70slm的nh3作为氮源，通入流量为100sccm-400sccm的三甲基铝作为铝源，通入流量为50sccm-200sccm的三甲基镓作为镓源，以在衬底1上沉积厚度为500nm-1000nm的aln和algan交替层叠的al组分梯度变化的缓冲层2。
40.s3、在所述缓冲层2上沉积gan耐压层3；在一种实施方式中，在所述缓冲层2上通入流量为10slm-60slm的nh3作为氮源，通入流量为200sccm-500sccm的tmga作镓源，通入二茂铁作为掺杂剂，其中fe的掺杂浓度为1
×
10
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atoms/cm
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atoms/cm3，将所述反应室的温度升高至800℃-1200℃，压力控制在100torr-500torr，所述石墨基座转速降低至500r/min-1000r/min，使得生长出gan耐压层3，并控制所述gan耐压层3的厚度为500nm-10000nm。
41.s4、在所述gan耐压层3上沉积gan沟道层4；在一种实施方式中，将所述反应室的温度维持在至700℃-1300℃，压力控制在50torr-250torr，将所述石墨基座转速控制在800r/min-1200r/min，通入流量为40slm-90slm的nh3作为氮源，通入流量为300sccm-800sccm的tmga作为镓源，生长出非故意掺杂的晶体质量高的gan层即为gan沟道层4，并控制所述二维合并生长层的厚度为100nm-2000nm。
42.s5、在所述gan沟道层4上沉积aln插入层5；在一种实施方式中，将所述反应室的温度升高到1000℃-1300℃，压力控制在50torr-250torr，将所述石墨基座的转速控制在800r/min-1200r/min，通入流量为30slm-80slm的nh3做为氮源，通入流量为100sccm-400sccm的三甲基铝作为铝源，并控制所述aln插入层5的厚度为0.5nm-10nm。
43.s6、在所述aln插入层5上沉积algan势垒层6；在一种实施方式中，将所述反应室的温度维持到1000℃-1250℃，压力控制在50torr-250torr，将所述石墨基座的转速控制在800r/min-1200r/min，通入流量为30slm-80slm的nh3做为氮源，通入流量为100sccm-400sccm的三甲基铝作为铝源，通入流量为50sccm-200sccm的tmga作为镓源，并控制所述algan势垒层6的厚度为5nm-50nm。
44.s7、在所述algan势垒层6上沉积gan盖帽层7；在一种实施方式中，将所述反应室的温度升高在至1000℃-1300℃，压力控制在
100torr-250torr，将所述石墨基座转速控制在800r/min-1200r/min，通入流量为40slm-90slm的nh3作为氮源，通入流量为10sccm-50sccm的tmga作为镓源，生长出gan盖帽层7，并控制所述gan盖帽层7的厚度为1nm-10nm。
45.s8、在所述gan盖帽层7上沉积p型复合层8；在所述gan盖帽层7表面周期性依次交替层叠生长第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层。
46.在一种实施方式中，将所述反应室的温度控制在500℃-1400℃，压力控制在100torr-500torr，将所述石墨基座转速控制在800r/min-1200r/min，通入流量为30slm-90slm的nh3作为氮源，通入流量为100sccm-800sccm的tega作为镓源，通入二茂镁作为掺杂剂，其中mg的掺杂浓度为1
×
10
20
atoms/cm
3-1
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10
21
atoms/cm3。
47.在一种实施方式中，所述第一mg原子扩散阻断层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为800℃-1100℃，通入镓源、氮源和镁源，镓原子和氮原子进行表面扩散形成所述第一mg原子扩散阻断层。优选地，氮源nh3氛围为35slm-50slm。在此过程中，镓原子和氮原子进入反应腔室后气相扩散吸附在衬底1表面进行表面扩散，在800℃-1100℃温度下扩散系数达到最佳，发生表面反应，形成氮化镓薄膜。
48.在一种实施方式中，所述第二ga原子解吸附层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为1100℃-1400℃，通入镓源和氮源，所述镓源的通入量逐渐减少至关闭，形成所述第二ga原子解吸附层。优选地，氮源nh3氛围为35slm-50slm。所述镓源的流量以每分钟减少30%-60%的速度逐渐减少至关闭。在此过程中，镓源减少直到中断后，继续保持反应腔室的nh3氛围不变，镓原子逐渐从氮化镓薄膜中解吸附，在1100℃-1400℃解吸附效率达到最大，从而为所述第三mg原子吸附层中mg原子的高效并入做好铺垫。
49.在一种实施方式中，所述第三mg原子吸附层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为500℃-800℃，通入镁源和氮源，镁原子进行表面扩散形成所述第三mg原子吸附层。优选地，氮源nh3氛围为35slm-50slm。在此过程中，生长温度控制到500℃-800℃，镁原子的扩散系数达到最佳，并且替代了镓原子解吸附的空位，高效的并入到氮化镓薄膜中，提高了p型复合层8的空穴浓度。
50.所述第一mg原子扩散阻断层有效地阻止了mg向algan势垒层6和gan沟道层4中的扩散，减少形成载流子陷阱和漏电通道，提升hemt器件的性能和可靠性。所述第二ga原子解吸附层通过调控生长温度和氨气氛围以及ga源的流量，对gan材料精准控制ga原子的解吸附速率，为所述第三mg原子吸附层中mg原子的高效并入做好铺垫。所述第三mg原子吸附层利用表面效应，通过调控生长温度和氨气氛围以及mg源的流量实现mg原子高效并入。在上述三层结构的综合作用下解决了受主杂质mg原子电离困难、离化率低的问题。
51.s9、在所述gan盖帽层7表面制备源极10和漏极9，并在在所述p型复合层8表面制备栅极11。
52.相应地，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括所述的p型栅增强型gan基功率器件。
53.以上采用mocvd设备、cvd设备或pvd设备完成制备过程，采用高纯氨气作为氮源，三甲基镓或三乙基镓作为镓源，三甲基铝作为铝源，其中硅烷作为n型掺杂剂，二茂镁作为p型掺杂剂，二茂铁作为gan耐压层3掺杂剂，采用高纯氢气和/或高纯氮气作为载气。沉积设
备和原料本发明不作具体限定。
54.下面以具体实施例进一步说明本发明：实施例1本实施例提供一种p型栅增强型gan基功率器件，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、gan耐压层、gan沟道层、aln插入层、algan势垒层和gan盖帽层，所述gan盖帽层表面设有源极和漏极和生长在p型复合层表面的栅极；所述p型复合层包括10个周期的依次交替层叠生长的第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层。
55.上述p型栅增强型gan基功率器件的制备方法，包括以下步骤：准备衬底；在所述衬底上依次沉积缓冲层、gan耐压层、gan沟道层、aln插入层、algan势垒层和gan盖帽层；在所述gan盖帽层表面制备源极和漏极，并在所述gan盖帽层表面沉积p型复合层，在所述p型复合层表面制备栅极；其中，在所述gan盖帽层上沉积p型复合层，包括以下步骤：在所述gan盖帽层表面依次交替层叠生长10个周期的第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层。
56.所述第一mg原子扩散阻断层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为1000℃，通入镓源、氮源和镁源，氮源通入量为40slm，镓原子和氮原子进行表面扩散形成所述第一mg原子扩散阻断层。
57.所述第二ga原子解吸附层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为1200℃，通入镓源和氮源，所述镓源的流量以每分钟减少50%的速度逐渐减少至关闭，氮源通入量为40slm，形成所述第二ga原子解吸附层。
58.所述第三mg原子吸附层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为700℃，通入镁源和氮源，氮源通入量为40slm，镁原子进行表面扩散形成所述第三mg原子吸附层。
59.实施例2本实施例提供一种p型栅增强型gan基功率器件，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、gan耐压层、gan沟道层、aln插入层、algan势垒层和gan盖帽层，所述gan盖帽层表面设有源极和漏极和生长在p型复合层表面的栅极；所述p型复合层包括2个周期的依次交替层叠生长的第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层。
60.上述p型栅增强型gan基功率器件的制备方法，包括以下步骤：准备衬底；在所述衬底上依次沉积缓冲层、gan耐压层、gan沟道层、aln插入层、algan势垒层和gan盖帽层；在所述gan盖帽层表面制备源极和漏极，并在所述gan盖帽层表面沉积p型复合层，在所述p型复合层表面制备栅极；其中，在所述gan盖帽层上沉积p型复合层，包括以下步骤：
在所述gan盖帽层表面依次交替层叠生长2个周期的第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层。
61.所述第一mg原子扩散阻断层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为800℃，通入镓源、氮源和镁源，氮源通入量为35slm，镓原子和氮原子进行表面扩散形成所述第一mg原子扩散阻断层。
62.所述第二ga原子解吸附层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为1100℃，通入镓源和氮源，所述镓源的流量以每分钟减少50%的速度逐渐减少至关闭，氮源通入量为35slm，形成所述第二ga原子解吸附层。
63.所述第三mg原子吸附层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为750℃，通入镁源和氮源，氮源通入量为35slm，镁原子进行表面扩散形成所述第三mg原子吸附层。
64.实施例3本实施例提供一种p型栅增强型gan基功率器件，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、gan耐压层、gan沟道层、aln插入层、algan势垒层和gan盖帽层，所述gan盖帽层表面设有源极和漏极和生长在p型复合层表面的栅极；所述p型复合层包括20个周期的依次交替层叠生长的第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层。
65.上述p型栅增强型gan基功率器件的制备方法，包括以下步骤：准备衬底；在所述衬底上依次沉积缓冲层、gan耐压层、gan沟道层、aln插入层、algan势垒层和gan盖帽层；在所述gan盖帽层表面制备源极和漏极，并在所述gan盖帽层表面沉积p型复合层，在所述p型复合层表面制备栅极；其中，在所述gan盖帽层上沉积p型复合层，包括以下步骤：在所述gan盖帽层表面依次交替层叠生长20个周期的第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层。
66.所述第一mg原子扩散阻断层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为1100℃，通入镓源、氮源和镁源，氮源通入量为50slm，镓原子和氮原子进行表面扩散形成所述第一mg原子扩散阻断层。
67.所述第二ga原子解吸附层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为1400℃，通入镓源和氮源，所述镓源的流量以每分钟减少50%的速度逐渐减少至关闭，氮源通入量为50slm，形成所述第二ga原子解吸附层。
68.所述第三mg原子吸附层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为800℃，通入镁源和氮源，氮源通入量为50slm，镁原子进行表面扩散形成所述第三mg原子吸附层。
69.对比例1本对比例提供一种p型栅增强型gan基功率器件，其与实施例1不同之处在：p型复合层中不设有第一mg原子扩散阻断层，其余均与实施例1相同。
70.对比例2
本对比例提供一种p型栅增强型gan基功率器件，其与实施例1不同之处在：p型复合层中不设有第二ga原子解吸附层，其余均与实施例1相同。
71.对比例3本对比例提供一种p型栅增强型gan基功率器件，其与实施例1不同之处在：p型复合层中不设有第三mg原子吸附层，其余均与实施例1相同。
72.以实施例1-实施例3和对比例1-对比例3制得p型栅增强型gan基功率器件进行测试，对比方块电阻均匀性和ds漏电，测试结果如下所示。
73.表1为实施例1-实施例3和对比例1-对比例3制得p型栅增强型gan基功率器件的方块电阻均匀性测试结果实施例1和3方块电阻都在280ω左右，实施例3方块电阻在330ω左右均远小于对比例的方块电阻。且各实施例的片内均匀性也远高于对比例。
74.表2为实施例1-实施例3和对比例1-对比例3制得p型栅增强型gan基功率器件的ds漏电性测试结果表2为72mm器件ds漏电导致无击穿特性的测试结果，各实施例小器件击穿电压正常。且方块电阻小的晶圆，阀值电压更负。而对比例中在存在阈值电压为-5，-6v的场。
75.表3为实施例1-实施例3和对比例1-对比例3制得p型栅增强型gan基功率器件的大
器件良率测试结果各对比例的击穿电压良率都很低，甚至对比例1的击穿电压良率接近0，这主要是因为栅极击穿电压异常导致。
76.由上述结果可知，采用本发明制备的p型栅增强型gan基功率器件，其所述第一mg原子扩散阻断层可以有效的阻挡所述第三mg原子吸附层内的mg原子向algan势垒层和gan沟道层中扩散，减少形成载流子陷阱和漏电通道，提升hemt器件的性能和可靠性。所述第二ga原子解吸附层精准调控gan材料的ga原子的解吸附速率，为所述第三mg原子吸附层中能够实现mg原子的高效并入做好铺垫。所述第三mg原子吸附层利用表面效应在所述第二ga原子解吸附层的基础上将mg原子高效并入gan材料中，最终得到表面平整、空穴浓度高的高质量的p型gan半导体层。在所述p型复合层的各子层的相互作用下最终解决了受主杂质mg原子电离困难、离化率低的问题。
77.以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种p型栅增强型gan基功率器件，其特征在于，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、gan耐压层、gan沟道层、aln插入层、algan势垒层和gan盖帽层，所述gan盖帽层表面设有源极和漏极和生长在p型复合层表面的栅极；所述p型复合层包括若干个周期性依次交替层叠生长的第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层。2.如权利要求1所述的p型栅增强型gan基功率器件，其特征在于，所述第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层的循环周期数为2-20。3.如权利要求1所述的p型栅增强型gan基功率器件，其特征在于，所述p型复合层的厚度为10nm-200nm。4.如权利要求1所述的p型栅增强型gan基功率器件，其特征在于，所述p型复合层中，所述第一mg原子扩散阻断层的厚度占比为70%-80%，所述第二ga原子解吸附层的厚度占比为10%-20%，所述第三mg原子吸附层的厚度占比为1%-20%。5.如权利要求1所述的p型栅增强型gan基功率器件，其特征在于，所述p型复合层的mg的掺杂浓度为1
×
10
20
atoms/cm
3-1
×
10
21
atoms/cm3。6.一种如权利要求1-5任一项所述的p型栅增强型gan基功率器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：准备衬底；在所述衬底上依次沉积缓冲层、gan耐压层、gan沟道层、aln插入层、algan势垒层和gan盖帽层；在所述gan盖帽层表面制备源极和漏极，并在所述gan盖帽层表面沉积p型复合层，在所述p型复合层表面制备栅极；所述p型复合层包括若干个周期性依次交替层叠生长的第一mg原子扩散阻断层、第二ga原子解吸附层和第三mg原子吸附层。7.如权利要求6所述的p型栅增强型gan基功率器件的制备方法，其特征在于，所述第一mg原子扩散阻断层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为800℃-1100℃，通入镓源、氮源和镁源，镓原子和氮原子进行表面扩散形成所述第一mg原子扩散阻断层。8.如权利要求6所述的p型栅增强型gan基功率器件的制备方法，其特征在于，所述第二ga原子解吸附层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为1100℃-1400℃，通入镓源和氮源，所述镓源的通入量逐渐减少至关闭，形成所述第二ga原子解吸附层。9.如权利要求6所述的p型栅增强型gan基功率器件的制备方法，其特征在于，所述第三mg原子吸附层采用如下方法生长沉淀：控制反应腔的生长温度为500℃-800℃，通入镁源和氮源，镁原子进行表面扩散形成所述第三mg原子吸附层。10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-5中任一项所述的p型栅增强型gan基功率器件。

技术总结

本发明公开了一种P型栅增强型GaN基功率器件及其制备方法，所述P型栅增强型GaN基功率器件包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、GaN耐压层、GaN沟道层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN盖帽层，所述GaN盖帽层表面设有源极和漏极和生长在P型复合层表面的栅极；所述P型复合层包括若干个周期性依次交替层叠生长的第一Mg原子扩散阻断层、第二Ga原子解吸附层和第三Mg原子吸附层。本发明提供的P型栅增强型GaN基功率器件能够解决受主杂质Mg原子电离困难、离化率低的问题。离化率低的问题。离化率低的问题。