【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新型半导体，特别涉及一种基于gan材料的hemt外延结构及其生长方法。
技术介绍
1、作为第三代半导体的典型代表，氮化镓材料由于具有宽的禁带宽度，高电子速度等特点，氮化镓基器件在微波、毫米波频段广泛应用于无线通信、雷达等电子系统，在光电子和微电子领域发展前景十分广阔。
2、传统的氮化镓外延材料是在异质衬底如蓝宝石、碳化硅、氮化铝或硅基衬底等上外延生长获得。但是，受限于氮化镓材料与衬底之间大的晶格失配和热膨胀失配等问题(如其与蓝宝石失配为16％，与碳化硅失配为3.4％，与硅基失配为17％)，氮化镓外延材料存在大量的位错和缺陷，缺陷密度高达108～1010cm-2，严重影响了氮化镓基器件的使用寿命和使用效率。因此，在氮化镓同质衬底上外延hemt材料，可有效避免晶格失配和热失配等问题，大大提高氮化镓外延材料的晶体质量，有利于提高氮化镓基器件的使用寿命和使用效率，还有利于gan hemt的快速发展。然而，目前，在氮化镓基底上上外延hemt材料还存在很多问题，比如：(1)gan表面存在不饱和键，极易吸附c、o和si等杂质，这些杂质在gan表面成键形成n型杂质载流子，从而形成副沟道，导致缓冲层漏电，严重影响hemt器件的性能和效率；(2)gan在高温下极易受到h2的刻蚀，造成粗糙表面；(3)为了降低衬底表面杂质对hemt材料及器件的影响，常用的方法是在gan衬底上再生长较厚的gan缓冲层，或者通过fe或c等故意掺杂的方式调制杂质载流子浓度，fe和c等掺杂形成的深能级会增加材料的陷阱效应，这些工作不仅增加了工艺难度和
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术提供一种基于gan材料的hemt外延结构及其生长方法和应用，本专利技术提供的hemt外延结构，通过在基底上外延inn层和特定的缓冲层，可明显的提高hemt器件的载流子浓度和迁移率，并降低器件的位错密度；特定的外延结构减少了异质界面的缺陷，提高了外延层的质量，使制备的器件具有优异的性能，还在一定程度上简化了生长工艺，降低了成本。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
3、本专利技术第一个方面提供一种基于gan材料的hemt外延结构，所述hemt外延结构包括由下到上依次层叠的基底、inn层、缓冲层、第一帽层、插入层、势垒层和第二帽层；
4、其中，所述缓冲层为inx1gan层、inx2gan/gan超晶格层或inx3gan/inn超晶格层中至少一层。
5、相对于现有技术，本专利技术提供的hemt外延结构，包括在基底表面生长的inn层和特定的缓冲层；其中，inn层能促使基底表面的c、o和si等杂质注定并入缓冲层中，特定的缓冲层能阻挡基底表面的杂质元素或缺陷向上扩散，还能使基底能带发生弯曲从而提升基底的能带宽度，杂质元素还会并入缓冲层中产生大量电子，电子流入沟道中，可避免副沟道的产生，从而有效提升材料的载流子浓度和迁移率；在基底表面生长inn层和特定的缓冲层，其生长温度较低，能避免基底表面出现损伤，从而进一步提高迁移率；特定的缓冲层还具有降低应力的作用，其通过降低沟道和势垒层的晶格差，从而提高沟道和势垒的晶体质量，在一定程度上降低位错密度。
6、本专利技术提供的hemt外延结构，通过在基底上外延inn层和特定的缓冲层，可明显的提高hemt器件的载流子浓度和迁移率，并降低器件的位错密度；特定的外延结构减少了异质界面的缺陷，提高了外延层的质量，使制备的器件具有优异的性能，还在一定程度上简化了生长工艺，降低了成本。
7、优选的，所述基底为gan基底。
8、优选的，所述inn层的厚度为0.5nm-1nm。
9、优选的，所述inx1gan层的厚度为1nm-30nm。
10、优选的，所述inx2gan/gan超晶格层的厚度为1nm-50nm。
11、进一步优选的，所述inx2gan/gan超晶格层中inx2gan层的厚度为0.5nm-10nm，gan层的厚度为0.5nm-10nm。
12、优选的，所述inx3gan/inn超晶格层的厚度为1.5nm-20nm。
13、进一步优选的，所述inx3gan/inn超晶格层中inx3gan层的厚度为0.5nm-10nm，inn层的厚度为0.5nm-2nm。
14、优选的缓冲层厚度有利于进一步提高器件的综合性能。
15、优选的，所述x1、x2和x3均为1％-30％。
16、优选的，所述第一帽层的厚度为1nm-20nm。
17、优选的第一帽层的厚度有利于提高器件的载流子密度。
18、优选的，所述插入层的厚度为0nm-2nm。
19、优选的，所述势垒层的厚度为3nm-26nm。
20、优选的，所述第二帽层的厚度为0nm-10nm。
21、本专利技术第二个方面提供上述基于gan材料的hemt外延结构的生长方法，包括如下步骤：
22、采用mocvd技术在基底表面上依次进行异质外延生长inn层、缓冲层、第一帽层、插入层、势垒层和第二帽层。
23、优选的，所述inn层的生长方法为：于900℃-950℃下，通入氮气、氨气和三甲基铟，在所述基底上生长inn层。
24、优选的，当缓冲层为inx1gan层时，所述缓冲层的生长方法为：于温度为600℃-900℃、压力为30mbar-700mbar下，通入氮气、ⅴ族化合物和ⅲ族化合物，在所述inn层上生长inx1gan层。
25、作为优选的实施例，所述ⅲ族化合物为含铟化合物和含镓化合物。
26、作为优选的实施例，所述含铟化合物为三甲基铟。
27、作为优选的实施例，所述含镓化合物为三甲基镓或三乙基镓。
28、作为优选的实施例，所述v族化合物为氨气。
29、优选的，当缓冲层为inx2gan/gan超晶格层时，所述缓冲层的生长方法为：
30、步骤1、于温度为600℃-900℃、压力为30mbar-700mbar下，通入氮气、铟源、镓源和氨气，生长inx2gan层；
31、步骤2、当所述inx2gan层的厚度为0.5nm-10nm时，停止通入铟源，生长gan层；
32、步骤3、重复步骤1和步骤2，得厚度为1nm-50nm的inx2gan/gan超晶格层。
33、优选的，当缓冲层为inx3gan/inn超晶格层时，所述缓冲层的生长方法为：
34、步骤a、于温度为600℃-900℃、压力为30mbar-700mbar下，通入氮气、铟源、镓源和氨气，生长inx3gan层；
35、步骤b、当所述inx3gan层的厚度为0.5nm-10nm时，停止通入镓源，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于GaN材料的HEMT外延结构，其特征在于，所述HEMT外延结构包括由下到上依次层叠的基底、InN层、缓冲层、第一帽层、插入层、势垒层和第二帽层；
2.如权利要求1所述的基于GaN材料的HEMT外延结构，其特征在于，所述基底为GaN基底；和/或
3.如权利要求1或2任一项所述的基于GaN材料的HEMT外延结构，其特征在于，所述Inx2GaN/GaN超晶格层中Inx2GaN层的厚度为0.5nm-10nm，GaN层的厚度为0.5nm-10nm；和/或
4.如权利要求1所述的基于GaN材料的HEMT外延结构，其特征在于，所述第一帽层的厚度为1nm-20nm；和/或
5.一种权利要求1-4任一项所述的基于GaN材料的HEMT外延结构的生长方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.如权利要求5所述的基于GaN材料的HEMT外延结构的生长方法，其特征在于，所述InN层的生长方法为：于900℃-950℃下，通入氮气、氨气和三甲基铟，在所述基底上生长InN层。
7.如权利要求5所述的基于GaN材料的HEMT外延结构的生
8.如权利要求5所述的基于GaN材料的HEMT外延结构的生长方法，其特征在于，当缓冲层为Inx2GaN/GaN超晶格层时，所述缓冲层的生长方法为：
9.如权利要求5所述的基于GaN材料的HEMT外延结构的生长方法，其特征在于，当缓冲层为Inx3GaN/InN超晶格层时，所述缓冲层的生长方法为：
10.一种HEMT器件，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的基于GaN材料的HEMT外延结构。
...【技术特征摘要】
1.一种基于gan材料的hemt外延结构，其特征在于，所述hemt外延结构包括由下到上依次层叠的基底、inn层、缓冲层、第一帽层、插入层、势垒层和第二帽层；
2.如权利要求1所述的基于gan材料的hemt外延结构，其特征在于，所述基底为gan基底；和/或
3.如权利要求1或2任一项所述的基于gan材料的hemt外延结构，其特征在于，所述inx2gan/gan超晶格层中inx2gan层的厚度为0.5nm-10nm，gan层的厚度为0.5nm-10nm；和/或
4.如权利要求1所述的基于gan材料的hemt外延结构，其特征在于，所述第一帽层的厚度为1nm-20nm；和/或
5.一种权利要求1-4任一项所述的基于gan材料的hemt外延结构的生长方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.如权利要求5所述的基于gan材料的hemt外延结构的生长方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张志荣，于斌，高楠，王波，房玉龙，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：
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