一种具有高阻GaN缓冲层的HEMT及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高阻GaN缓冲层的HEMT及其制备方法，从下至上依次包括衬底、AlN成核层、应力调控层、高阻层、GaN沟道层、AlN插入层、势垒层和GaN帽层。本发明专利技术采用InxGa1‑xN/GaN超晶格结构生长高阻层，其中0

【技术实现步骤摘要】
一种具有高阻GaN缓冲层的HEMT及其制备方法
：本专利技术属于半导体材料及器件
，尤其是一种具有高阻GaN缓冲层的HEMT及其制备方法。
技术介绍
：以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料相比于以硅(Si)为代表的第一代半导体材料和以砷化镓(GaAs)为代表的第二代半导体材料，其具有高电子迁移率、耐高压、耐高温等优点，特别适合制备高压功率器件。在高压功率器件中往往要求GaN层要具有高阻特性以减小器件工作过程中的电流泄漏。器件漏电不仅使其性能变差，没有稳定的工作状态，而且器件漏电会使器件严重发热，输出性能进一步恶化，影响器件使用寿命。一般来讲，在MOCVD设备中外延生长得到的GaN具有较高的n型载流子浓度，呈现出低阻特性，是不适合用来制备高压功率器件的。用MOCVD设备制备高质量的具有高阻值的GaN材料是高压功率器件材料生长研究的重点。目前，用MOCVD外延生长具有高质量高阻值的GaN材料，一般是采用原位C掺杂或者Fe掺杂的方式形成受主杂质来俘获背景载流子以实现GaN的高阻特性的，但是这两种方法都存在着一些问题。首先采用Fe掺杂，由于Fe源存在记忆效应，在外延生长过程中会影响沟道和势垒生长，同时Fe掺杂源会对反应腔室产生污染；对于原位C掺杂，一般需要在低温低压下生长GaN材料才能实现较高浓度的C掺杂，但是在低温低压下生长的GaN材料的晶体质量会变差。因此如何有效提升GaN材料质量的同时有效降低背景载流子浓度是高质量高阻GaN外延生长研究的关键。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种具有高阻GaN缓冲层的HEMT，本专利技术的另一目的在于提供上述HEMT的制备方法。本专利技术的技术方案是：一种具有高阻GaN缓冲层的HEMT，其特征在于，包括衬底以及在该衬底上从下至上依次生长的AlN成核层、应力调控层、高阻层、GaN沟道层、AlN插入层、势垒层和GaN帽层，其中，上述高阻层采用InxGa1-xN/GaN超晶格结构生长，0<x<1，该高阻层的具体实现方式为：先在应力调控层上低温生长InxGa1-xN层，再通过高温退火使InxGa1-xN层中的In原子挥发形成In空位，然后在经高温退火后的InxGa1-xN层上生长原位C掺杂的GaN层，该高阻层采用这种超晶格结构重复生长，超晶格周期数大于1。优选的，所述衬底为Si，SiC或者蓝宝石。优选的，所述AlN成核层的厚度为100-300nm。优选的，所述应力调控层为Al组分梯度渐变的AlGaN缓冲层或者AlN/GaN超晶格缓冲层，Al组分的梯度渐变的范围为0-100％。优选的，所述高阻层的总厚度为100-5000nm。优选的，所述势垒层为AlGaN、InAlN、InAlGaN或AlN。优选的，所述GaN帽层的厚度为1-3nm。上述HEMT的制备方法，包括如下步骤：步骤1：在衬底上制备AlN成核层，该成核层生长温度为1000℃-1100℃，生长压力为50-75mbar，生长厚度为100-300nm；步骤2，在上述成核层上生长应力调控层，该应力调控层为Al组分梯度渐变的AlGaN缓冲层或者AlN/GaN超晶格缓冲层，Al组分的梯度渐变的范围为0-100％；步骤3，在上述应力调控层上生长高阻层，该高阻层以InxGa1-xN/GaN超晶格结构的形式生长，其中0<x<1，首先低温生长InxGa1-xN层，生长温度为500-700℃，生长压力为50-200mbar，单层InxGa1-xN薄层的生长时间为2-30min，厚度为1-100nm；InxGa1-xN层低温生长后采用高温退火，该高温退火的温度为800-1000℃，时间为10-30min，退火气氛为氮气气氛；然后在经高温退火后的单层InxGa1-xN薄层上生长C掺杂的GaN层，该GaN层的生长温度为800-1000℃，生长压力为50-200mbar，生长厚度为5-500nm；该高阻层采用这种超晶格结构重复生长，超晶格周期数大于1，该高阻层的总厚度为100-5000nm；步骤4，在上述高阻层上生长GaN沟道层，该沟道层生长温度为1000-1200℃，生长压力为100-300mbar，生长厚度为100-200nm；步骤5，在上述沟道层上生长AlN插入层，该AlN插入层厚度为1nm，生长压力为50-100mbar，生长温度为1000-1200℃；步骤6，在上述AlN插入层上生长势垒层，其生长厚度为5-25nm，生长压力为50-100mbar，生长温度为900-1200℃；步骤7，在上述势垒层上生长GaN帽层，该帽层生长厚度为1-3nm，生长压力为50-100mbar，生长温度为900-1200℃；步骤8，在上述帽层上分别制备源电极、漏电极、栅电极，该源漏电极与势垒层形成欧姆接触，该栅电极与势垒层形成肖特基接触。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的HEMT采用InxGa1-xN/GaN超晶格形式生长高阻层，通过超晶格结构中InxGa1-xN薄层低温生长、高温退火，打破In-N键形成In空位，由于In空位是受主型空位可以有效俘获背景载流子，同时在InxGa1-xN薄层上再生长C掺杂的GaN层，对InxGa1-xN薄层表面进行修复；通过这两层以超晶格形式的重复生长，利用In空位对背景载流子的俘获和C杂质对施主型杂质的补偿，可以有效提升GaN缓冲层的阻值。同时，利用InxGa1-xN层和GaN层晶格常数的不同，在两层应变生长的过程中由于应变场的变化，穿透位错在延伸过程中会发生弯曲，此结构可以有效过滤穿透位错，提升晶体质量，从而可以获得高质量、高阻值的GaN缓冲层。(2)本专利技术的制备方法可以有效提升GaN缓冲层的阻值和晶体质量而不需要额外引入掺杂源，提出的利用In空位和原位C掺杂相结合的方式实现高阻GaN的生长，可以进一步提升GaN阻值，提高器件耐压特性，降低器件漏电，从而进一步改善器件可靠性。附图说明：图1为本专利技术的具有高阻GaN缓冲层的HEMT结构示意图。图2为本专利技术的具有高阻GaN缓冲层的HEMT的制备流程图。其中，1.衬底；2.AlN成核层；3.应力调控层；4.高阻层；5.GaN沟道层；6.AlN插入层；7.势垒层；8.GaN帽层；9.源电极；10.漏电极；11.栅电极。具体实施方式：以下结合附图及实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细说明。如图1所示，一种具有高阻GaN缓冲层的HEMT，其结构包括：衬底1，该衬底材料为Si，SiC或者蓝宝石；AlN成核层2，该成核层2生长在衬底1上，其作用是隔绝GaN层和衬底的直接接触防Si-Ga回熔现象的产生，同时AlN成核层还可以提供压应力，有效平衡外延层和衬底之间由于热失配和晶格失配而产生的应力；应力调控层3，该应力调控层用来调控外延层与衬底之间由于晶格失配和热失配而产生的大的失配应力，该应力调控层采用Al组分梯度渐变的AlGaN缓冲层或者AlN/GaN超晶格缓冲层，Al组分的梯度渐变的范围为0-100％。高阻层4，该高阻层4生长在应力调控层3上，该高阻层采用InxGa1-xN/GaN超晶格结构生长，其中0<x<1；该高阻层的具体实现方式为：先在应力调控层上低温生长InxGa1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高阻GaN缓冲层的HEMT，其特征在于，包括衬底以及在该衬底上从下至上依次生长的AlN成核层、应力调控层、高阻层、GaN沟道层、AlN插入层、势垒层和GaN帽层，其中，上述高阻层采用InxGa1‑xN/GaN超晶格结构生长，0

【技术特征摘要】
1.一种具有高阻GaN缓冲层的HEMT，其特征在于，包括衬底以及在该衬底上从下至上依次生长的AlN成核层、应力调控层、高阻层、GaN沟道层、AlN插入层、势垒层和GaN帽层，其中，上述高阻层采用InxGa1-xN/GaN超晶格结构生长，0<x<1，该高阻层的具体实现方式为：先在应力调控层上低温生长InxGa1-xN层，再通过高温退火使InxGa1-xN层中的In原子挥发形成In空位，然后在经高温退火后的InxGa1-xN层上生长原位C掺杂的GaN层，该高阻层采用这种超晶格结构重复生长，超晶格周期数大于1。2.根据权利要求1所述的一种具有高阻GaN缓冲层的HEMT，其特征在于，所述衬底为Si，SiC或者蓝宝石。3.根据权利要求1所述的一种具有高阻GaN缓冲层的HEMT，其特征在于，所述AlN成核层的厚度为100-300nm。4.根据权利要求1所述的一种具有高阻GaN缓冲层的HEMT，其特征在于，所述应力调控层为Al组分梯度渐变的AlGaN缓冲层或者AlN/GaN超晶格缓冲层，Al组分的梯度渐变的范围为0-100％。5.根据权利要求1所述的一种具有高阻GaN缓冲层的HEMT，其特征在于，所述高阻层的总厚度为100-5000nm。6.根据权利要求1所述的一种具有高阻GaN缓冲层的HEMT，其特征在于，所述势垒层为AlGaN、InAlN、InAlGaN或AlN。7.根据权利要求1所述的一种具有高阻GaN缓冲层的HEMT，其特征在于，所述GaN帽层的厚度为1-3nm。8.一种权利要求1至7中任一权利要求所述的HEMT的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在衬底上制备AlN成核层，该成核层生长温度为1000℃-1100℃，生长压力为50-75mbar，生长厚度为100-...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波亭，张恺玄，叶昌隆，房育涛，蔡文必，
申请(专利权)人：厦门市三安集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35