【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及场效应晶体管，尤其涉及一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片及其制备方法、hemt。
技术介绍
1、在化合物半导体电子器件中，高电子迁移率晶体管（hemt）是应用于高频大功率场合最主要的器件。这种器件依靠半导体异质结中具有量子效应的二维电子气（2deg）形成导电沟道，2deg的密度、迁移率和饱和速度等决定了器件的电流处理能力。基于氮化镓及相关ⅲ族氮化物材料（aln，inn）的hemt则是目前化合物半导体电子器件的研究热点。与第二代半导体gaas相比，氮化镓在材料性质方面具有禁带宽、临界击穿电场高、电子饱和速度高、热导率高、抗辐照能力强等优势，因此氮化镓基hemt的高频、耐压、耐高温、耐恶劣环境的能力很强；而且ⅲ族氮化物材料具有很强的自发和压电极化效应，可显著提高hemt结构中2deg的密度和迁移率，赋予氮化镓基hemt非常强大的电流处理能力。
2、但氮化镓基hemt缺乏合适的同质外延衬底，因此其通常生长在与其有较大晶格失配和热膨胀系数失配的蓝宝石、碳化硅或硅衬底上。其中，蓝宝石硅衬底热导率较低，导致器件工作时产生的热量无法及时耗散，由此产生的高温晶格散射会降低载流子迁移率，影响器件的高频特性；碳化硅衬底虽然具有较高的热导率，但其成本高；硅衬底具有相对较高的热导率和较低的成本，但硅衬底和氮化镓材料间存在大的晶格失配和热膨胀系数失配，这无疑会形成大量的位错缺陷，从而影响其外延质量，对hemt器件的性能产生不良影响。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题
2、本专利技术还要解决的技术问题在于，提供一种hemt，其漏电流小，器件性能强。
3、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片，其包括衬底，依次层叠于所述衬底上的复合层、沟道层、插入层、势垒层、盖帽层；所述复合层包括依次层叠于所述衬底上的石墨烯层、sic层、二维多孔ingan层和三维bgan层。
4、作为上述技术方案的改进，所述石墨烯层的厚度为10nm~100nm，所述sic层的厚度为10nm~100nm。
5、作为上述技术方案的改进，所述二维多孔ingan层的厚度为10nm~100nm，所述二维多孔ingan层中in组分的占比为0.1~0.2。
6、作为上述技术方案的改进，所述三维bgan层的厚度为100nm~500nm，所述三维bgan层中b组分的占比为0.05~0.5。
7、作为上述技术方案的改进，所述石墨烯层的厚度与所述sic层的厚度之比为1:1.5~1:2；
8、所述二维多孔ingan层中in组分占比≥0.12。
9、作为上述技术方案的改进，所述二维多孔ingan层生长完成后，在n2气氛下进行高温退火处理，退火温度为900℃~1000℃，退火压力为50torr~500torr。
10、作为上述技术方案的改进，所述三维bgan层中b组分占比≥0.1。
11、相应的，本专利技术还公开了一种上述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片的制备方法，其包括：
12、提供衬底，在所述衬底上依次生长复合层、沟道层、插入层、势垒层、盖帽层；所述复合层包括依次层叠于所述衬底上的石墨烯层、sic层、二维多孔ingan层和三维bgan层。
13、作为上述技术方案的改进，通过pecvd生长所述石墨烯层，生长温度为800℃~1000℃，生长压力为50torr~100torr，生长气氛为ch4和h2的混合气体，ch4和h2的体积比为1:1~1:20，射频功率为100w~150w；
14、通过cvd生长所述sic层，生长温度为1000℃~1200℃，生长压力为10torr~100torr，生长气氛为ch3cl3si和h2的混合气，其中，ch3cl3si和h2的体积比为1:1~1:20；
15、所述二维多孔ingan层的生长温度为700℃~900℃，生长压力为50torr~500torr；
16、所述三维bgan层的生长温度为900℃~1000℃，生长压力为50torr~500torr。
17、相应的，本专利技术还公开了一种hemt，其包括上述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片。
18、实施本专利技术，具有如下有益效果：
19、1. 本专利技术提供的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片，其在衬底和沟道层之间插入特定结构的复合层，具体的，复合层包括依次层叠于衬底上的石墨烯层、sic层、二维多孔ingan层和三维bgan层。首先，石墨烯层具有非常好的热传导性能，提高器件工作时的散热，避免影响器件的高频特性；其次，在石墨烯层上沉积sic层，sic层与gan材料之间的晶格失配较小，热膨胀系数差别较小，能够弱化晶格失配、热失配带来的不利影响，提升外延质量。并且，sic具有较高的电阻，可防止漏电子经由高导电的石墨烯层漏入衬底，降低器件击穿电压。此外，sic具有良好的导热性，与石墨烯组成导热层可更加有效地传导热量；再者，二维多孔ingan层呈多孔结构，进一步释放热应力，减少晶格失配所引起的缺陷，并且，其二维结构为进一步生长的三维bgan层提供了平整的成核表面，减少成核生长的接触角；最后，三维bgan层的带隙较宽，可进一步限制漏电子，降低漏电流。此外，三维bgan层作为后续沟道层的成核层，能够控制成核密度，减慢成核层的合并，减少线缺陷，提高外延晶体质量，减少器件漏电流，提高沟道层二维电子气浓度，提高器件高频性能，具体的，基于本专利技术的外延片所得到的hemt器件，其增益截止频率可达到215ghz~230ghz。
20、2. 本专利技术提供的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片，二维多孔ingan层生长完成后，在n2气氛下进行高温退火处理，使得缺陷在ingan材料分解形成的孔洞中湮灭，进一步提高二维多孔ingan层的晶体质量。
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1.一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片，其特征在于，包括衬底，依次层叠于所述衬底上的复合层、沟道层、插入层、势垒层、盖帽层；所述复合层包括依次层叠于所述衬底上的石墨烯层、SiC层、二维多孔InGaN层和三维BGaN层。
2.如权利要求1所述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片，其特征在于，所述石墨烯层的厚度为10nm~100nm，所述SiC层的厚度为10nm~100nm。
3.如权利要求1所述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片，其特征在于，所述二维多孔InGaN层的厚度为10nm~100nm，所述二维多孔InGaN层中In组分的占比为0.1~0.2。
4.如权利要求1所述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片，其特征在于，所述三维BGaN层的厚度为100nm~500nm，所述三维BGaN层中B组分的占比为0.05~0.5。
5.如权利要求1~4任一项所述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片，其特征在于，所述石墨烯层的厚度与所述SiC层的厚度之比为1:1.5~1:2；
6.如权利要求5所述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片，其特
7.如权利要求1~4任一项所述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片，其特征在于，所述三维BGaN层中B组分占比≥0.1。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片的制备方法，其特征在于，包括：
9.如权利要求8所述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片的制备方法，其特征在于，通过PECVD生长所述石墨烯层，生长温度为800℃~1000℃，生长压力为50torr~100torr，生长气氛为CH4和H2的混合气体，CH4和H2的体积比为1:1~1:20，射频功率为100W~150W；
10.一种HEMT，其特征在于，包括如权利要求1~7任一项所述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片。
...【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片，其特征在于，包括衬底，依次层叠于所述衬底上的复合层、沟道层、插入层、势垒层、盖帽层；所述复合层包括依次层叠于所述衬底上的石墨烯层、sic层、二维多孔ingan层和三维bgan层。
2.如权利要求1所述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片，其特征在于，所述石墨烯层的厚度为10nm~100nm，所述sic层的厚度为10nm~100nm。
3.如权利要求1所述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片，其特征在于，所述二维多孔ingan层的厚度为10nm~100nm，所述二维多孔ingan层中in组分的占比为0.1~0.2。
4.如权利要求1所述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片，其特征在于，所述三维bgan层的厚度为100nm~500nm，所述三维bgan层中b组分的占比为0.05~0.5。
5.如权利要求1~4任一项所述的氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片，其特征在于，所述石墨烯层的厚度与所述sic层的厚度之比...
【专利技术属性】
技术研发人员：程龙，郑文杰，高虹，刘春杨，胡加辉，金从龙，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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