一种HEMT器件外延结构及其生长方法技术

本发明专利技术公开了一种HEMT器件外延结构,包括：衬底；氮化物缓冲层，形成在所述衬底上；过渡层，形成在所述氮化物缓冲层上；中间层，形成在所述过渡层上；氮化物插入层，形成在所述中间层上；氮化物沟道层，形成在所述氮化物插入层上；氮化物势垒层，形成在所述氮化物沟道层上；包括两个以上的过渡层，且每个过渡层被中间层隔离。本发明专利技术还涉及一种HEMT器件外延结构的生长方法。

【技术实现步骤摘要】
一种HEMT器件外延结构及其生长方法
本专利技术属于氮化物宽禁带半导体
，具体涉及一种HEMT器件外延结构及其生长方法。
技术介绍
氮化镓作为宽禁带直接带隙化合物半导体材料，已成熟在发光二极管领域大规模应用，其相关外延材料生长技术和晶圆制造技术日臻完善。基于以上的技术积累和产业化经验基础，近些年来世界各国竞相开展宽禁带化合物半导体更深入的技术研究，进而发现氮化镓化合物半导体具有优异的电学性能，包括禁带宽度宽、临界击穿场强高、热导率性能好、抗辐射能力强等，适用于高频、高压、高温、大功率、高辐射的应用领域，能作为高功率电力电子器件的候选材料。氮化镓化合物半导体器件应用到高电压、高功率密度和高工作温度的电力电子系统中将对其材料的质量和可靠性提出非常高的要求。目前，氮化镓化合物半导体材料主要采用MOCVD外延生长，由于衬底和氮化镓外延材料之间的晶格常数和热膨胀系数差异较大，导致氮化镓外延膜层中产生较大的应力和位错，最终使得氮化物化合物半导体材料加工的器件无法满足电力电子系统严苛的使用要求。因此，需要能够克服上述缺陷的高质量氮化物外延材料结构及其生长方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种HEMT器件外延结构及其生长方法。所述外延结构含有SiC多晶结构的化合物半导体过渡层，以及位于每个过渡层之间的氮化物中间层。本专利技术的上述外延结构可有效抑制后续氮化物沟道层生长过程中大量出现的位错，同时降低氮化物外延结构的剩余应力和提升氮化物外延薄膜晶体的质量，进而能够制备出可靠性高的HEMT器件。为了实现上述目的，本专利技术的提供一种HEMT器件外延结构，包括：衬底；氮化物缓冲层，形成在所述衬底上；过渡层，形成在所述氮化物缓冲层上；中间层，形成在所述过渡层上；氮化物插入层，形成在所述中间层上；氮化物沟道层，形成在所述氮化物插入层上；氮化物势垒层，形成在所述氮化物沟道层上。进一步，所述过渡层为含有SiC多晶结构的化合物半导体层。进一步，所述中间层为AlN或AlGaN层。进一步，第二过渡层形成在所述中间层上。进一步，所述中间层隔离所述过渡层和所述第二过渡层。进一步，第二中间层形成在所述第二过渡层上。进一步，两个以上的过渡层形成在所述衬底上。进一步，通过中间层隔离每个过渡层。相应地，本专利技术还提供了一种HEMT器件外延结构的生长方法，包括：提供衬底；在所述衬底上生长氮化物缓冲层；在所述氮化物缓冲层上生长过渡层；在所述过渡层上生长中间层；在所述中间层上生长氮化物插入层；在所述氮化物插入层上生长氮化物沟道层；在所述氮化物沟道层上生长氮化物势垒层。进一步，在所述衬底上生长两个以上的过渡层。区别现有技术的情况，本专利技术通过引入含有SiC多晶结构的化合物半导体过渡层，以及位于每个过渡层之间的氮化物中间层的外延结构，有效抑制后续氮化物沟道层外延生长过程中大量出现的位错，同时降低氮化物外延结构的剩余应力和提升氮化物外延薄膜晶体的质量，进而能够制备出可靠性高的HEMT器件。附图说明图1是现有HEMT器件的典型外延结构示意图。图2是根据本专利技术的一种实施例的HEMT器件外延结构示意图。图3是根据图2中实施例的HEMT器件外延结构示意图对应的简化工艺流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，详细说明本专利技术的技术方案。图1所示为现有HEMT器件的典型外延结构示意图，包括硅衬底1；依次自下而上生长在硅衬底1上的GaN缓冲层2、GaN沟道层7、AlGaN势垒层8。在图1中所示的HEMT器件的典型外延结构具有技术缺陷。GaN沟道层7和AlGaN势垒层8形成异质结结构，两者界面处形成二维电子气(twodimensionelectrongas,简称为2DEG，2DEG具有良好的导电能力)，2DEG作为HEMT器件的关键外延结构层非常敏感。因此，HEMT器件对GaN沟道层7和AlGaN势垒层8的外延晶体质量要求非常高。现有技术的硅衬底1和GaN外延结构之间的晶格常数和热膨胀系数差异较大，导致GaN外延膜层中产生较大的应力和位错。本专利技术提供的一种实施例的HEMT器件外延结构示意图，如图2所示，包括硅衬底1、GaN缓冲层2、SiC过渡层3、AlN中间层4、第二SiC过渡层5、AlN插入层6、GaN沟道层7、AlGaN势垒层8；GaN缓冲层2形成在硅衬底1上；SiC过渡层3形成在GaN缓冲层2上；AlN中间层4形成在SiC过渡层3上；第二SiC过渡层5形成在AlN中间层4上；AlN插入层6形成在第二SiC过渡层5上；GaN沟道层7形成在AlN插入层6上；AlGaN势垒层8形成在GaN沟道层7上。SiC过渡层3和第二SiC过渡层5被AlN中间层4隔离。本专利技术提供图2中实施例的HEMT器件外延结构示意图对应的简化工艺流程图，如图3所示。具体包括以下步骤：第一步：高温1000-1200℃烘烤硅衬底1去除表面杂质或氧化层；第二步：在硅衬底1上外延生长GaN缓冲层2；第三步：在GaN缓冲层2上外延生长SiC过渡层3；第四步：在SiC过渡层3上外延生长AlN中间层4；第五步：在AlN中间层4上外延生长第二SiC过渡层5；第六步：在第二SiC过渡层5上外延生长AlN插入层6；第七步：在AlN插入层6上外延生长GaN沟道层7；第八步：在GaN沟道层7上外延生长AlGaN势垒层8。综上所述，本专利技术实施例的一种HEMT器件外延结构通过引入含有SiC多晶结构的化合物半导体过渡层，以及位于每个SiC过渡层之间的AlN中间层的外延结构，有效抑制后续GaN沟道层外延生长过程中大量出现的位错，同时降低GaN外延结构的剩余应力和提升氮化物外延薄膜晶体的质量，进而能够制备出可靠性高的HEMT器件。以上所述的实施方案仅表达本专利技术的几种优选实施方案，并非用以限定本专利技术。凡是基于本专利技术中的实施方案和专利技术思想进行的各种变化形式，均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】
1.一种HEMT器件外延结构，包括：/n衬底；/n氮化物缓冲层，形成在所述衬底上；/n过渡层，形成在所述氮化物缓冲层上；/n中间层，形成在所述过渡层上；/n氮化物插入层，形成在所述中间层上；/n氮化物沟道层，形成在所述氮化物插入层上；/n氮化物势垒层，形成在所述氮化物沟道层上。/n

【技术特征摘要】
1.一种HEMT器件外延结构，包括：
衬底；
氮化物缓冲层，形成在所述衬底上；
过渡层，形成在所述氮化物缓冲层上；
中间层，形成在所述过渡层上；
氮化物插入层，形成在所述中间层上；
氮化物沟道层，形成在所述氮化物插入层上；
氮化物势垒层，形成在所述氮化物沟道层上。


2.根据权利要求1所述的一种HEMT器件外延结构，其特征在于，所述过渡层为含有SiC多晶结构的化合物半导体层。


3.根据权利要求1所述的一种HEMT器件外延结构，其特征在于，所述中间层为AlN或AlGaN层。


4.根据权利要求1所述的一种HEMT器件外延结构，其特征在于，第二过渡层形成在所述中间层上。


5.根据权利要求1或4所述的一种HEMT器件外延结构，其特征在于，所述中间层隔离所述过渡层和所述第二过渡层。

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，
申请(专利权)人：苏州晶界半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32