铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基HEMT及制作方法技术

一种铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基HEMT，包括：一衬底；一成核层制作在衬底上面，其厚度为0.01-0.50μm；一非有意掺杂高阻层制作在成核层上面；一非有意掺杂高迁移率层制作在非有意掺杂高阻层上面；一氮化铝插入层制作在非有意掺杂高迁移率层上面，其厚度为0.7-5nm；一非有意掺杂势垒层制作在氮化铝插入层上面；一非有意掺杂氮化镓或铝镓氮盖帽层制作在非有意掺杂势垒层上面，其厚度为1-5nm。本发明专利技术可以显著提高沟道电子迁移率和对二维电子气的限制能力，遏制缓冲层的漏电，同时降低势垒层的晶格应变，减少缺陷密度，提高器件工作的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，特别是指一种铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)及制作方法，该晶体管使用铝镓氮高阻层和与该层晶格匹配的铟铝氮势垒层相结合的双异质结结构，并采用非有意掺杂高迁移率层作为沟道，可以显著提高沟道电子迁移率和对二维电子气的限制能力，遏制缓冲层的漏电，同时降低势垒层的晶格应变，减少缺陷密度，提高器件工作的稳定性和可靠性。
技术介绍
氮化镓作为第三代宽禁带半导体的典型代表，具有优良的热稳定性及化学稳定性、高击穿电压、高电子饱和漂移速度及优良的抗辐射性能，特别适合制备具有高温、高频、高功率和抗辐射特性的高电子迁移率晶体管。氮化镓基高电子迁移率晶体管在无线通信、雷达、航空航天、汽车电子、自动化控制、石油勘探、高温辐射环境等领域有广阔的应用前 旦ο高电子迁移率晶体管的原理为由于组成异质结的两种材料的禁带宽度不同，在异质结界面处形成了势垒和势阱，由于极化效应或调制掺杂产生的自由电子，积累在非掺杂的氮化镓层靠近界面的三角形势阱中，形成二维电子气，由于使势阱中的这些电子与势垒中的电离杂质空间分离，大大降低了库伦散射，从而显著提高了材料的迁移率。研制成器件后，通过栅电极可以控制异质结界面处的二维电子气浓度，在一定的直流偏压下，可以对高频微波信号进行放大。当器件工作频率上升到毫米波波段时，器件的栅长必须缩短到微纳尺度，同时势垒层厚度也需要同比例地缩短，否则短沟道效应将会凸显出来。短沟道效应表现在阈值电压漂移增大，沟道夹断特性变差，亚阈电流增加，输出电导变大。这些现象会严重降低器件的性能。短沟道效应可以通过减薄势垒层厚度和提高沟道电子的限制能力得到遏制。但是，对应常规的AlGaN/GaN HEMT结构，GaN沟道里的电子仅仅受到势垒层一侧的限制，缓冲层那边的势垒是由二维电子气自身提供的。当沟道电子在大电压下逐渐耗尽时，缓冲层那侧的势垒逐渐消失，热电子很容易渗透进入缓冲层，造成器件的缓冲层漏电，器件的夹断特性变差。而且AlGaN的势垒层的厚度不能减薄，否则沟道里的二维电子气密度会减少，器件的输出功率下降。当然升高势垒层的Al组分，异质结带阶和极化电场增大，可显著提高二维电子气面密度。但是，Al组分较高时，大的晶格失配会导致AlGaN势垒层的晶体质量、表面和界面质量变差，应变诱生的深能级缺陷增多，使散射增强，迁移率降低，而且由晶格失配形成的应力通过逆压电效应会严重影响器件的可靠性。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基HEMT，通过引入低铝组分的铝镓氮高阻缓冲层，形成限制沟道电子的背势垒，提高二维电子气的限制能力，降低器件的缓冲层漏电，提高击穿电压和栅调控能力，抑制器件的短沟道效应。本专利技术的第二个目的是使用铟铝氮势垒层，通过调节铟的组分使其和铝镓氮高阻缓冲层晶格匹配，从而显著降低铟铝氮势垒层中应力、晶格缺陷，提高器件工作的稳定性和可靠性。本专利技术的第三个目的是提供一种铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基HEMT，即使在势垒层较薄时，仍具有更高的二维电子气面密度，约为相同条件下传统铝镓氮/氮化镓高电子迁移率晶体管的I. 5 2倍。能够在提高工作频率的同时，具有更高的输出电流和输出功率密度。本专利技术的第四个目的是提供一种铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基HEMT的制作方法，该制作方法能够具体在工艺上实现这种新型的HEMT结构。本专利技术提供一种铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基HEMT，包括一衬底； —成核层,该成核层制作在衬底上面,该成核层的厚度为O. 01-0. 50μηι;一非有意掺杂高阻层，该非有意掺杂高阻层制作在成核层上面；一非有意掺杂高迁移率层，该非有意掺杂高迁移率层制作在非有意掺杂高阻层上面；一氮化铝插入层，该氮化铝插入层制作在非有意掺杂高迁移率层上面，该氮化铝插入层厚度为O. 7-5nm ；一非有意掺杂势垒层，该非有意掺杂势垒层制作在氮化铝插入层上面；一非有意掺杂氮化镓或铝镓氮盖帽层,该非有意掺杂氮化镓或铝镓氮盖帽层制作在非有意掺杂势垒层上面，该非有意掺杂氮化镓或铝镓氮盖帽层的厚度为l_5nm。本专利技术还提供一种铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基HEMT的制作方法，包括如下步骤步骤I :选择一衬底；步骤2 :在衬底上生长一层成核层，生长厚度为O. 01-0. 50ym；步骤3 :在成核层上生长非有意掺杂高阻层；步骤4 :在非有意掺杂高阻层上生长非有意掺杂高迁移率层；步骤5 :在非有意掺杂高迁移率层上生长氮化铝插入层，生长厚度为O. 7-5nm ；步骤6 :在氮化铝插入层上生长非有意掺杂势垒层；步骤7 :在非有意掺杂势垒层上生长非有意掺杂氮化稼或铝镓氮盖帽层，生长厚度为l_5nm，完成制备。附图说明为进一步说明本专利技术的内容，以下结合附图及实施例对本专利技术作一详细的描述，其中图I为本专利技术的铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基HEMT结构示意图；图2为本专利技术的制作流程图；图3为本专利技术实施例的能带结构和电子密度分布图，具体计算结构为GaN(3nm)/In0.16A10.84N(12nm) /AlN(Inm) /GaN(30nm) /Al0.05Ga0.95N 双异质结 HEMT。具体实施例方式请参阅图I所示，本专利技术提供一种铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基HEMT，包括一衬底10，该衬底10的材料为碳化硅或蓝宝石或硅；一成核层20，该成核层20制作在衬底10上面，所述成核层20的材料为高温氮化铝或低温氮化镓，厚度为O. 01-0. 50 μ m,优选值为O. 03-0. 30 μ m ；一非有意掺杂高阻层30，该非有意掺杂高阻层30制作在成核层20上面，所述非有意掺杂高阻层30的材料为AlxGai_xN，其中O < x < O. 15，厚度为1_4 μ m，室温电阻率大于I X IO6 Ω · cm,优选值大于 I X IO8 Ω · cm ;一非有意掺杂高迁移率层40，该非有意掺杂高迁移率层40制作在非有意掺杂高 阻层30上面，所述非有意掺杂高迁移率层40的材料为氮化镓，厚度为O. 01-0. 3 μ m,室温电子迁移率大于500cm2/Vs，优选值大于770000ccmm2//VVss ；；一氮化铝插入层50，该氮化铝插入层50制作在非有意掺杂高迁移率层40上面，所述氮化招插入层50厚度为O. 7-5nm,优选值为Inm ；一非有意掺杂势垒层60，该非有意掺杂势垒层60制作在氮化铝插入层50上面，所述非有意掺杂势垒层60的材料为InyAVyN, y = O. 176(l_x)，厚度为4_30nm ；一非有意掺杂氮化镓或铝镓氮盖帽层70，该非有意掺杂氮化镓或铝镓氮盖帽层70制作在非有意掺杂势垒层60上面，该非有意掺杂氮化镓或铝镓氮盖帽层70的厚度为l_5nm0请再参阅图2并配合参阅图I所示，本专利技术提供一种铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基HEMT的制作方法，包括如下步骤步骤I :选择一衬底10，衬底10的材料为碳化硅或蓝宝石或硅；步骤2 :在衬底10上生长一层成核层20，该成核层20的材料为高温氮化铝或低温氮化镓，生长厚度为O. 01-0. 50 μ m,优选值为O. 03-0. 30 μ m ；步骤3 :在成核层20上生长非有意掺杂高阻层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基HEMT，包括：一衬底；一成核层，该成核层制作在衬底上面，该成核层的厚度为0.01？0.50μm；一非有意掺杂高阻层，该非有意掺杂高阻层制作在成核层上面；一非有意掺杂高迁移率层，该非有意掺杂高迁移率层制作在非有意掺杂高阻层上面；一氮化铝插入层，该氮化铝插入层制作在非有意掺杂高迁移率层上面，该氮化铝插入层厚度为0.7？5nm；一非有意掺杂势垒层，该非有意掺杂势垒层制作在氮化铝插入层上面；一非有意掺杂氮化镓或铝镓氮盖帽层，该非有意掺杂氮化镓或铝镓氮盖帽层制作在非有意掺杂势垒层上面，该非有意掺杂氮化镓或铝镓氮盖帽层的厚度为1？5nm。

【技术特征摘要】
1.一种铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基HEMT，包括 一衬底； 一成核层，该成核层制作在衬底上面，该成核层的厚度为O. 01-0. δΟμ ； 一非有意掺杂高阻层，该非有意掺杂高阻层制作在成核层上面； 一非有意掺杂高迁移率层，该非有意掺杂高迁移率层制作在非有意掺杂高阻层上面；一氮化铝插入层，该氮化铝插入层制作在非有意掺杂高迁移率层上面，该氮化铝插入层厚度为O. 7-5nm ； 一非有意掺杂势垒层，该非有意掺杂势垒层制作在氮化铝插入层上面； 一非有意掺杂氮化镓或铝镓氮盖帽层，该非有意掺杂氮化镓或铝镓氮盖帽层制作在非有意掺杂势垒层上面，该非有意掺杂氮化镓或铝镓氮盖帽层的厚度为l_5nm。2.根据权利要求I所述的铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基HEMT，其中非有意掺杂高阻层的材料为AlxGai_xN，其中O < X < O. 15，厚度为1-4μπι。3.根据权利要求I所述的铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基ΗΕΜΤ，其中非有意掺杂 高迁移率层的材料为氮化镓，厚度为O. 01-0. 3 μ m。4.根据权利要求I所述的铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基HEMT，其中非有意掺杂势垒层的材料为InyAVyN, y = O. 176 (1-x)，厚度为4_30nm。5.一种铝镓氮做高阻层的双异质结氮化镓基HEMT的制作方法，包括如下步骤 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓亮，彭恩超，王翠梅，肖红领，冯春，姜丽娟，陈竑，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：