HEMT外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种HEMT外延结构及其制备方法，HEMT外延结构，包括依次层叠的衬底、缓冲层、非掺杂或掺杂高阻层、非掺杂高迁移率层及GaN/AlN超晶格栅极层，所述GaN/AlN超晶格栅极层的周期为4~15。所述GaN/AlN超晶格栅极层的总厚度为6~30nm，且AlN和GaN的厚度比为1:1~1:9。通过超晶格结构独特的应力逐层缓解释放的特性，可以有效减少AlGaN/GaN界面因应力过大而引起的大量表面缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种HEMT外延结构及其制备方法。
技术介绍
现有技术中，HEMT外延片通常采用AlGaN/GaN或AlGaN/AlN/GaN作为栅极层，而这种标准AlGaN/GaN或AlGaN/AlN/GaNHEMT结构，由于AlGaN/GaN界面的应力过大，会产生较多的表面缺陷，增加了器件的漏电几率。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种HEMT外延结构及其制备方法，其有效减少表面缺陷。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种HEMT外延结构，包括依次层叠的衬底、缓冲层、非掺杂或掺杂高阻层、非掺杂高迁移率层及GaN/AlN超晶格栅极层，所述GaN/AlN超晶格栅极层的周期为4~15。优选地，所述GaN/AlN超晶格栅极层的总厚度为6~30nm，且AlN和GaN的厚度比为1:1~1:9。优选地，所述缓冲层为GaN层、AlN层、AlGaN层、InGaN层或AlInGaN层。优选地，所述缓冲层的厚度为10~100nm。优选地，所述非掺杂或掺杂高阻层的厚度为0.1~3μm、电阻率ρ>1E8Ω?m。更优选地，层叠于所述缓冲层和所述非掺杂高阻层之间的为掺杂铁或铬的掺杂高阻GaN层。更优选地，层叠于所述缓冲层和所述非掺杂高阻层之间的为非掺杂高阻GaN层。优选地，所述非掺杂高迁移率层为厚度为50~200nm的GaN层。一种如上所述的HEMT外延结构的制备方法，包括如下步骤：A将衬底在1050~1250℃的H2氛围下高温净化5~10min；B在H2氛围下将步骤A净化的衬底降温至500~600℃后在衬底上生长缓冲层；C将生长有缓冲层的衬底升温至1000~1200℃，在缓冲层上生长非掺杂或掺杂高阻层；D保持温度不变，在非掺杂或掺杂高阻层上生长非掺杂高迁移率层；E降温至950~1100℃，在非掺杂高迁移率层上生长GaN/AlN超晶格栅极层。优选地，所述缓冲层、非掺杂或掺杂高阻层、非掺杂高迁移率层及GaN/AlN超晶格栅极层通过MOCVD工艺生长。本专利技术采用以上技术方案，相比现有技术具有如下优点：通过超晶格结构独特的应力逐层缓解释放的特性，可以有效减少AlGaN/GaN界面因应力过大而引起的大量表面缺陷。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1为本专利技术的HEMT外延结构的示意图；图2为现有技术中采用AlGaN/AlN/GaN栅极层的HEMT外延结构的表面AFM图；图3为本专利技术的HEMT外延机构的AFM图。上述附图中，1、衬底；2、缓冲层；3、掺杂高阻层；4、非掺杂高迁移率层；5、GaN/AlN超晶格栅极层。具体实施方式下面对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。图1所示为本专利技术的一种HEMT外延结构。结合图1所示，该HEMT外延结构包括自下至上依次层叠的衬底1、缓冲层2、非掺杂或掺杂高阻层3、非掺杂高迁移率层4及GaN/AlN超晶格栅极层5。衬底1采用氧化铝（Al2O3）衬底。超晶格栅极层5的周期为4~15。GaN/AlN超晶格栅极层5的总厚度为6~30nm，且AlN和GaN的厚度比为1:1~1:9。相比标准AlGaN/GaN或AlGaN/AlN/GaNHEMT结构，通过超晶格结构独特的应力逐层缓解释放的特性，可以有效减少应AlGaN/GaN界面因应力过大而引起的大量表面缺陷，从而提高器件的漏电特性。缓冲层2为GaN层、AlN层、AlGaN层、InGaN层或AlInGaN层。本实施例中，缓冲层2为GaN层。缓冲层2的厚度为10~100nm。非掺杂或掺杂高阻层3的厚度为0.1~3μm、电阻率ρ>1E8Ω?m。本实施例中，层叠于所述缓冲层2和所述非掺杂高阻层3之间的为掺杂铁或铬的掺杂高阻GaN层。层叠于所述缓冲层2和所述非掺杂高阻层3之间的还可以为非掺杂高阻GaN层。非掺杂高迁移率层4为厚度为50~200nm的GaN层。一种如上所述的HEMT外延结构的制备方法，包括如下步骤：A、提供衬底1，将衬底1在1050~1250℃的H2氛围下高温烘烤5~10min进行衬底1净化；B在H2氛围下将步骤A净化的衬底1降温至500~600℃后在衬底1上生长缓冲层2；C将生长有缓冲层2的衬底1升温至1000~1200℃，在缓冲层2上生长非掺杂或掺杂高阻层3；D保持生长温度不变，在非掺杂或掺杂高阻层3上生长非掺杂高迁移率层4；E衬底1降温至950~1100℃，在非掺杂高迁移率层4上生长GaN/AlN超晶格栅极层5。步骤C、D、E为生长HEMT外延结构的结构层，所述缓冲层2、非掺杂或掺杂高阻层3、非掺杂高迁移率层4及GaN/AlN超晶格栅极层5均通过MOCVD工艺生长。MOCVD工艺即金属有机化合物化学气相沉淀工艺（Metal-organicChemicalVaporDeposition）。通过原子力显微镜对现有技术中的标准HEMT外延结构和本专利技术的HEMT外延结构的表面进行探测，测得的表面AFM图分别见图2、3。结合图2、3所示，本专利技术的HEMT外延结构的表面缺陷较现有技术中的标准HEMT外延结构显著减少。上述实施例只为说明本专利技术的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本专利技术的内容并据以实施，并不能以此限制本专利技术的保护范围。凡根据本专利技术的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种HEMT外延结构，其特征在于：包括依次层叠的衬底、缓冲层、非掺杂或掺杂高阻层、非掺杂高迁移率层及GaN/AlN超晶格栅极层，所述GaN/AlN超晶格栅极层的周期为4~15。

【技术特征摘要】
1.一种HEMT外延结构，其特征在于：包括依次层叠的衬底、缓冲层、非掺杂或掺杂高阻层、非掺杂高迁移率层及GaN/AlN超晶格栅极层，所述GaN/AlN超晶格栅极层的周期为4~15。
2.根据权利要求1所述的HEMT外延结构，其特征在于：所述GaN/AlN超晶格栅极层的总厚度为6~30nm，且AlN和GaN的厚度比为1:1~1:9。
3.根据权利要求1所述的HEMT外延结构，其特征在于：所述缓冲层为GaN层、AlN层、AlGaN层、InGaN层或AlInGaN层。
4.根据权利要求1所述的HEMT外延结构，其特征在于：所述缓冲层的厚度为10~100nm。
5.根据权利要求1所述的HEMT外延结构，其特征在于：所述非掺杂或掺杂高阻层的厚度为0.1~3μm、电阻率ρ>1E8Ω?m。
6.根据权利要求5所述的HEMT外延结构，其特征在于：层叠于所述缓冲层和所述非掺杂高阻层之间的为掺杂铁或铬的掺杂高阻GaN层。
7.根据权利要求5所述的H...

【专利技术属性】
技术研发人员：王科，王东盛，苗操，李亦衡，魏鸿源，严文胜，张葶葶，朱廷刚，
申请(专利权)人：江苏能华微电子科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32