【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体制造，具体涉及一种si基gan-hemt结构外延片及制备方法。
技术介绍
1、gan-hemt作为典型的第三代半导体功率器件，得益于gan材料特有的宽带隙、高电子饱和漂移速率、高临界击穿电场等优异特性，使得algan/gan异质结处拥有高浓度、高迁移率的二维电子气，从而具备高功率密度、高击穿电压、低导通电阻的优势，因此被广泛应用于航空航天、5g基站和新能源汽车领域。
2、si基gan相比于sic外延gan衬底和gan自支撑衬底具有较高的成本优势，但由于si衬底于gan之间存在较大的晶格失配和热失配系数，严重阻碍了gan-hemt在高功率密度工作条件下的电学性能和可靠性。
3、降低si基衬底上外延gan的缺陷密度，结合成熟的si基半导体制程技术，能够实现成本和性能之间的折中。如何通过缓冲层和外延结构的设计，来有效降低晶格失配，从而降低si基gan外延材料的表面缺陷，是si基gan-hemt在射频、功率领域应用的关键。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种高质量的si基gan-hemt结构外延片及制备方法。
2、技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：
3、一种si基gan-hemt结构外延片，包括si衬底及在si衬底基础上从下至上顺次层叠的sixny掩膜原子层、aln缓冲层、algan/aln超晶格层、第一c掺杂gan层、第一aln插入层、第二c掺杂gan层、无掺杂gan沟道层、第
4、具体的，所述algan/aln超晶格层包括从下至上顺次层叠的低al组分algan/aln超晶格层、高al组分algan/aln超晶格层。
5、优选的，所述第一aln缓冲层外延厚度为10～30nm。
6、优选的，所述第二aln缓冲层外延厚度为100～300nm。
7、优选的，所述第三aln缓冲层外延厚度为20～30nm。
8、一种si基gan-hemt结构外延片的制备方法，包括如下步骤：
9、(1)si衬底表面处理：在mocvd反应腔中通入氢气，对si衬底表面进行表面纯化；
10、(2)生长sixny掩膜原子层：停止氢气通入，通入氮气，在si衬底表面生长sixny掩膜原子层；
11、(3)生长第一aln缓冲层：在sixny掩膜原子层的基础上，通入氨气做预氮化，再通入三甲基铝，生长第一aln缓冲层；
12、(4)生长第二aln缓冲层：在第一aln缓冲层的基础上，提高三甲基铝与氨气的通入比例，生长第二aln缓冲层；
13、(5)生长第三aln缓冲层：在第二aln缓冲层的基础上，降低三甲基铝与氨气的通入比例，生长第三aln缓冲层，与所述第一aln缓冲层、第二aln缓冲层共同构成aln缓冲层；
14、(6)生长剩余外延层：在aln缓冲层的基础上，依次生长低al组分algan/aln超晶格层、高al组分algan/aln超晶格层、第一c掺杂gan层、第一aln插入层、第二c掺杂gan层、无掺杂gan沟道层、第二aln插入层、algan垒层、gan电容层。
15、具体的，所述步骤(2)中，mocvd反应腔温度设置为800～900℃，压力为200～300mbar，sixny掩膜原子层生长时间为10～30s。
16、具体的，所述步骤(3)中，mocvd反应腔温度与所述步骤(2)中保持一致，压力设置为100mbar。
17、具体的，所述步骤(4)中，mocvd反应腔温度设置为1000～1200℃，压力与所述步骤(3)保持一致。
18、具体的，所述步骤(5)中，mocvd反应腔温度、压力与所述步骤(4)保持一致。
19、有益效果：本专利技术相较现有技术的显著效果是：采用在si衬底上生长三层aln缓冲层的设计，有效释放si衬底与gan层间晶格失配、热膨胀系数不同产生的应力，降低si衬底与gan晶格常数不同导致的晶格缺陷，减少si基gan外延片在高温生长过程中衬底破碎、裂片的几率，为氮化物薄膜结构层中gan层及algan二维电子气形成层的生长打好基础，最终实现提高si基gan外延材料质量，调整外延片的表面平整度和形貌的目的，所得的gan-hemt外延片具有高质量的异质结构和高导通的2deg沟道。
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1.一种Si基GaN-HEMT结构外延片，其特征在于，包括Si衬底及在Si衬底基础上从下至上顺次层叠的SixNy掩膜原子层、AlN缓冲层、AlGaN/AlN超晶格层、第一C掺杂GaN层、第一AlN插入层、第二C掺杂GaN层、无掺杂GaN沟道层、第二AlN插入层、AlGaN垒层、GaN电容层；所述的AlN缓冲层包括从下至上顺次层叠的第一AlN缓冲层、第二AlN缓冲层、第三AlN缓冲层。
2.根据权利要求1所述的Si基GaN-HEMT结构外延片，其特征在于：所述AlGaN/AlN超晶格层包括从下至上顺次层叠的低Al组分AlGaN/AlN超晶格层、高Al组分AlGaN/AlN超晶格层。
3.根据权利要求1所述的Si基GaN-HEMT结构外延片，其特征在于：所述第一AlN缓冲层外延厚度为10～30nm。
4.根据权利要求1所述的Si基GaN-HEMT结构外延片，其特征在于：所述第二AlN缓冲层外延厚度为100～300nm。
5.根据权利要求1所述的Si基GaN-HEMT结构外延片，其特征在于：所述第三AlN缓冲层外延厚度为20～30nm。<...
【技术特征摘要】
1.一种si基gan-hemt结构外延片，其特征在于，包括si衬底及在si衬底基础上从下至上顺次层叠的sixny掩膜原子层、aln缓冲层、algan/aln超晶格层、第一c掺杂gan层、第一aln插入层、第二c掺杂gan层、无掺杂gan沟道层、第二aln插入层、algan垒层、gan电容层；所述的aln缓冲层包括从下至上顺次层叠的第一aln缓冲层、第二aln缓冲层、第三aln缓冲层。
2.根据权利要求1所述的si基gan-hemt结构外延片，其特征在于：所述algan/aln超晶格层包括从下至上顺次层叠的低al组分algan/aln超晶格层、高al组分algan/aln超晶格层。
3.根据权利要求1所述的si基gan-hemt结构外延片，其特征在于：所述第一aln缓冲层外延厚度为10～30nm。
4.根据权利要求1所述的si基gan-hemt结构外延片，其特征在于：所述第二aln缓冲层外延厚度为100～300nm。
5.根据权利要求1所述的si基gan-hemt结构外...
【专利技术属性】
技术研发人员：王明洋，杨帆，王银海，魏建宇，马梦杰，
申请(专利权)人：南京国盛电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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