一种氮化镓晶体管及其制备方法和功率因数校正电路与流程

本发明涉及氮化镓，尤其涉及一种氮化镓晶体管及其制备方法和功率因数校正电路。

背景技术：

1、高功率、高可靠性是服务器电源系统的发展趋势。gan(氮化镓)作为第三代半导体材料，具有宽禁带、高电子饱和速率、高击穿场强等优异性能，由gan制备的电力电子器件在高频、大功率服务器电源领域具有巨大的应用潜能。常规algan(铝镓氮)/gan异质结中，gan既是缓冲层材料也是沟道材料，由于沟道下方gan侧的势垒高度较低，在高温、栅极电压或漏极电压较高的情况下，沟道中的载流子容易溢出沟道进入缓冲层成为三维电子，从而使二维电子气限域性变差，器件性能退化。

2、为了消除这种负面效应对器件的影响，催生了双异质结结构，双异质结结构通过沟道层下方生长一层背势垒提升沟道层背部的势垒，将导电沟道中的二维电子气很好地限制在顶势垒和背势垒之间，使二维电子气的限域性得到显著增强，使器件性能得到提升，稳定性得到增强。

3、目前传统的algan/gan基双沟道异质结，其结构自下而上包括：衬底层、成核层、gan底层沟道层、algan第二势垒层、gan顶层沟道层、algan第一势垒层、gan帽层。该结构顶层沟道由于极化电荷数量多，载流子难以进入底层沟道使得底层沟道载流子浓度低，极化较弱，会导致二维电子气浓度低，从而影响了器件的电流密度和功率密度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种氮化镓晶体管及其制备方法和功率因数校正电路，用以解决现有的algan/gan基双沟道异质结的顶层沟道由于极化电荷数量多，载流子难以进入底层沟道使得底层沟道载流子浓度低，极化较弱，会导致二维电子气浓度低，从而影响了器件的电流密度和功率密度的问题。

2、基于上述目的，本发明提供了一种氮化镓晶体管，包括：

3、衬底；

4、设置在衬底上的缓冲层；

5、生长在缓冲层上的scyalzga1-y-zn背势垒层，其中0.01≤y≤0.25，0≤z≤0.8；

6、生长在scyalzga1-y-zn背势垒层上的沟道层；

7、生长在沟道层上的第一氮化铝插入层；

8、生长在第一氮化铝插入层上的铝镓氮势垒层；以及

9、设置在铝镓氮势垒层上的盖帽层。

10、在一些实施例中，scyalzga1-y-zn背势垒层的厚度为10-70纳米。

11、在一些实施例中，氮化镓晶体管还包括：

12、设置在沟道层和scyalzga1-y-zn背势垒层之间的第二氮化铝插入层。

13、在一些实施例中，第二氮化铝插入层的厚度为0-1.5纳米。

14、在一些实施例中，铝镓氮的组分为：alxga1-xn，其中0≤x≤0.3。

15、在一些实施例中，缓冲层的厚度为1.5-3.5微米；

16、沟道层的厚度为50-100纳米。

17、在一些实施例中，第一氮化铝插入层的厚度为0-1.5纳米；

18、铝镓氮势垒层的厚度为5-30纳米；

19、盖帽层的厚度为1-5纳米。

20、本发明的另一方面，还提供了一种氮化镓晶体管的制备方法，包括以下步骤：

21、选择具有六方晶体结构对称性的材料作为衬底；

22、对衬底进行原位处理以去除表面杂质；

23、在衬底上生长缓冲层；

24、在缓冲层上生长scyalzga1-y-zn背势垒层，其中0.01≤y≤0.25，0≤z≤0.8；

25、在scyalzga1-y-zn背势垒层上生长沟道层；

26、在沟道层上生长第一氮化铝插入层；

27、在第一氮化铝插入层上生长铝镓氮势垒层；

28、在铝镓氮势垒层上生长盖帽层；

29、在盖帽层上制备栅极、源极和漏极，完成氮化镓晶体管的制备。

30、在一些实施例中，scyalzga1-y-zn背势垒层的厚度为10-70纳米。

31、在一些实施例中，方法还包括：

32、在scyalzga1-y-zn背势垒层上生长第二氮化铝插入层，生长温度为1050-1100摄氏度，并且第二氮化铝插入层位于沟道层下。

33、在一些实施例中，第二氮化铝插入层的厚度为0-1.5纳米。

34、在一些实施例中，铝镓氮的组分为：alxga1-xn，其中0≤x≤0.3。

35、在一些实施例中，缓冲层的厚度为1.5-3.5微米；

36、沟道层的厚度为50-100纳米。

37、在一些实施例中，第一氮化铝插入层的厚度为0-1.5纳米；

38、铝镓氮势垒层的厚度为5-30纳米；

39、盖帽层的厚度为1-5纳米。

40、本发明的又一方面，还提供了一种功率因数校正电路，包括：

41、氮化镓功率器件，氮化镓功率器件包括上述氮化镓晶体管；

42、驱动电路；以及

43、采样电路。

44、在一些实施例中，氮化镓晶体管包括：

45、衬底；

46、设置在衬底上的缓冲层；

47、生长在缓冲层上的scyalzga1-y-zn背势垒层，其中0.01≤y≤0.25，0≤z≤0.8；

48、生长在scyalzga1-y-zn背势垒层上的沟道层；

49、生长在沟道层上的第一氮化铝插入层；

50、生长在第一氮化铝插入层上的铝镓氮势垒层；以及

51、设置在铝镓氮势垒层上的盖帽层。

52、在一些实施例中，scyalzga1-y-zn背势垒层的厚度为10-70纳米。

53、在一些实施例中，氮化镓晶体管还包括：

54、设置在沟道层和scyalzga1-y-zn背势垒层之间的第二氮化铝插入层。

55、在一些实施例中，第二氮化铝插入层的厚度为0-1.5纳米。

56、在一些实施例中，铝镓氮的组分为：alxga1-xn，其中0≤x≤0.3。

57、在一些实施例中，缓冲层的厚度为1.5-3.5微米；

58、沟道层的厚度为50-100纳米。

59、在一些实施例中，第一氮化铝插入层的厚度为0-1.5纳米；

60、铝镓氮势垒层的厚度为5-30纳米；

61、盖帽层的厚度为1-5纳米。

62、本发明至少具有以下有益技术效果：

63、本发明的氮化镓晶体管，通过在同质外延氮化镓晶体管中引入scyalzga1-y-zn(0.01≤y≤0.25，0≤z≤0.8)背势垒层，增强了二维电子气的限域特性，提高了二维电子气浓度，抑制了沟道中的二维电子气向缓冲层的溢出，使得量子电导在高温下具有更强的稳定性，有助于实现高载流子浓度的、高可靠性的氮化镓功率器件；并且scyalzga1-y-zn背势垒层的导带底和费米能级之间具有较大的能量间距，抑制了背景掺杂或可能的深能级的杂质的电离作用，提高了高温下的霍尔迁移率。