一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延结构，从下到上依次包括衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlN插入层和InN/AlN超晶格势垒层，所述InN/AlN超晶格势垒层包括多个垂直生长的势垒单元，每个势垒单元包括InN层和生长于InN层上的AlN层。本实用新型专利技术采用InN/AlN超晶格势垒层，可以达到势垒层与GaN缓冲层的晶格完全匹配，消除压电效应，改善器件可靠性；并且具备更强的自发极化效应，可以产生高密度二维电子气，器件电流密度将会高于采用AlGaN势垒的器件；低厚度的InN/AlN超晶格势垒也可产生较高密度的二维电子气，非常适合GaN的毫米波器件应用。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延结构
本技术涉及半导体
，具体涉及一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延结构。
技术介绍
继硅（Si）、砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）半导体材料之后，以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）为代表的第三代半导体材料和器件，在过去二十年成为国内外固态微波功率器件领域的研究热点，并得到了高速发展，从实验研究逐渐走向商业化应用。尤其是GaN基高电子迁移率晶体管（HEMT），具有大的禁带宽度、高的击穿电场强度、高饱和电子速度等优越性能，能在高频段下输出大的功率密度，非常适合制造高温、高压、高频大功率微波、大功率开关等电子器件，在卫星、无线通信基站、雷达探测、汽车电子、电力传输和单片微波集成电路（MMICs）等国民经济和国防建设中有着广泛应用。典型的AlGaN/GaNHEMT外延结构由下往上依次是：衬底（SiC、蓝宝石、Si、金刚石等）、成核层、GaN缓冲与沟道层，AlN空间插入层、AlGaN势垒层及可选的帽层。由于晶格失配，AlGaN势垒层和GaN缓冲层之间会存在较大的压电极化效应，而此种压电极化效应是贡献高密度沟道二维电子气的原因之一，另一原因则是氮化物半导体所特有的自发极化效应。尽管得益于AlGaN和GaN之间较强的压电极化效应，AlGaN/GaN异质结可以产生较高密度的二维电子气，但也给GaN器件走向大规模商用带来了巨大障碍：目前学术界和业界普遍认为，逆压电效应是GaN器件退化的主要原因之一，并且由此带来的可靠性风险从未被完全释放。为了改善以上不足，学术界提出了采用InAlN势垒层来取代AlGaN势垒层，In0.17Al0.83N与GaN晶格常数一致，可以成功规避压电极化效应，而且其本身具备较强的自发极化效应，产生的二维电子气浓度丝毫不逊色与传统的AlGaN/GaN结构。但高质量的InAlN晶体并不容易制备，也不适合大批量生产。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延结构，该方法可以很好地解决以上问题。为达到上述要求，本技术采取的技术方案是：提供一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延结构，从下到上依次包括衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlN插入层和InN/AlN超晶格势垒层，所述InN/AlN超晶格势垒层的周期数为3~5。与现有技术相比，本技术具有的优点是：采用InN/AlN超晶格势垒层，可以达到势垒层与GaN缓冲层的晶格完全匹配，消除压电效应，改善器件可靠性；并且具备更强的自发极化效应，可以产生高密度二维电子气，器件电流密度将会高于采用AlGaN势垒的器件；低厚度的InN/AlN超晶格势垒也可产生较高密度的二维电子气，非常适合GaN的毫米波器件应用。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本技术的结构示意图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。本技术提供一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延结构，如图1所示，从下到上依次包括：衬底1：半绝缘4H-SiC，双面抛光，晶圆尺寸为2~6吋，厚度为400μm；AlN成核层2：厚度为50nm，生长温度500-700℃，用于缓解GaN与SiC之间的晶格失配；GaN缓冲层3：厚度为1.8μm，在保证晶体生长质量的前提下尽量减小厚度，以便使器件具有较小的热阻，生长温度为1000-1150℃；GaN缓冲层3掺入Fe或C杂质，构成高阻态，掺杂浓度为1×1017~1×1018cm-3，电阻率在106-109Ω·cm；GaN沟道层4：厚度80nm，载流子主要集中在该层，且越靠近AlGaN势垒层的界面处浓度越高；AlN插入层5：厚度为1nm，可有效减少沟道载流子的合金散射，提高载流子迁移率；InN/AlN超晶格势垒层6由4个周期的薄膜层交替重叠组成，薄膜层由InN与AlN组成，InN/AlN超晶格势垒层的最外层AlN；总厚度为16.4nm，每个周期InN厚度为0.7nm，AlN厚度为3.4nm。以上所述实施例中除GaN缓冲层为提高电阻率掺入Fe或C杂质外，其它各层均不故意掺杂。以上所述实施例仅表示本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本技术范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术保护范围。因此本技术的保护范围应该以所述权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延结构，其特征在于，从下到上依次包括衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlN插入层和InN/AlN超晶格势垒层，所述InN/AlN超晶格势垒层的周期数为3~5。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延结构，其特征在于，从下到上依次包括衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlN插入层和InN/AlN超晶格势垒层，所述InN/AlN超晶格势垒层的周期数为3~5。2.根据权利要求1所述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延结构，其特征在于，所述InN/AlN超晶格势垒层厚度为8~20nm。3.根据权利要求1或2所述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延结构，其特征在于，所述InN层厚度为0.5~1nm，AlN层厚度为2~4nm。4.根据权利要求1所述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔欣，
申请(专利权)人：成都海威华芯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51