一种HEMT外延结构及其制备方法与流程

本发明涉及半导体光电技术领域，特别涉及一种hemt外延结构及其制备方法。

背景技术：

hemt(highelectronmobilitytransistor，高电子迁移率晶体管)是一种异质结场效应晶体管，其广泛应用于各种电器内。hemt外延结构是制备hemt器件的基础，当前一种hemt外延结构包括衬底与依次层叠在衬底上的aln成核层、algan缓冲层、gan层、algan势垒层与gan盖层，其中衬底可为碳化硅衬底、蓝宝石衬底或单晶硅衬底。

但由于gan层与碳化硅衬底、蓝宝石衬底或单晶硅衬底之间均存在较大的晶格失配，即使有aln成核层与algan缓冲层在衬底与gan层之间起到缓冲作用，最终生长得到的gan层的晶体质量也不够好，进而影响hemt的质量。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种hemt外延结构及其制备方法，能够提高hemt的质量。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种hemt外延结构，所述hemt外延结构包括衬底及依次层叠设置在所述衬底上的aln成核层、algan缓冲层、gan层、algan势垒层与gan盖层，

所述algan缓冲层包括algan底层结构与设置在所述algan底层结构上的多个锥形凸起，所述多个锥形凸起均布在所述algan底层结构上，所述衬底层叠所述aln成核层的一个表面为第一表面，所述多个锥形凸起在所述第一表面上的投影均不重合。

可选地，相邻的两个所述锥形凸起在所述第一表面上的投影上距离最近的两点之间的距离均为150～550nm。

可选地，每个所述锥形凸起在所述第一表面上的投影上间隔最远的两点之间的距离均为100～500nm。

可选地，所述锥形凸起的高度为100～500nm。

可选地，所述algan底层结构的厚度为100～800nm。

可选地，所述algan缓冲层中的al的组分为10～40％。

本发明实施例提供了一种hemt外延结构的制备方法，所述制备方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上生长aln成核层；

在所述aln成核层上生长algan缓冲层，

对所述algan缓冲层进行光刻操作，使所述algan缓冲层的表面形成多个锥形凸起；

在所述algan缓冲层上生长gan层；

在所述gan层上生长algan势垒层；

在所述algan势垒层上生长gan盖层。

可选地，所述对所述algan缓冲层进行光刻操作包括：

在所述algan缓冲层上涂覆一层光刻胶；

对所述光刻胶进行曝光显影，在光刻胶上形成图案，所述图案为多个均布的圆柱形图案；

对所述algan缓冲层上没有覆盖光刻胶的部分进行刻蚀；

去除所述algan缓冲层上的光刻胶。

可选地，采用sf6、ar、o2对所述algan缓冲层进行刻蚀，通入反应腔内的sf6的流量为50～500sccm、通入反应腔内的ar的流量为1～50sccm、通入反应腔内的o2的流量为1～50sccm。

可选地，在所述aln成核层上生长algan缓冲层时，向反应腔内通入10～500sccm的al源。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：将algan缓冲层设置为包括algan底层结构与设置在algan底层结构上的多个锥形凸起，gan层可在algan底层结构上进行良好生长。而由于多个锥形凸起的存在，gan层在algan底层结构上逐渐向远离衬底的第一表面的方向纵向生长时，gan层会同时朝向平行第一表面的方向横向生长。gan层在纵向生长与横向生长时，会在gan层内产生不同方向的位错缺陷，gan层纵向生长时产生的部分位错缺陷会与gan层横向生长时产生的部分位错缺陷相抵消，缺陷的减少可提高gan层的晶体质量，提高最终得到的hemt的质量。且传统方法中仅纵向生长的gan层在生长时产生的位错均会朝向gan层与algan势垒层的界面处移动，影响gan层上生长的algan势垒层的质量。而gan层在横向生长时产生的位错缺陷会沿平行第一表面的方向移动至gan层的侧壁而不是gan层与algan势垒层的界面处。相对减少了移动至gan层与algan势垒层的界面处的位错缺陷，提高了gan层与algan势垒层相接处的表面质量，gan层上生长的algan势垒层的质量较好，最终得到的hemt的质量得到提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种hemt外延结构的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的锥形凸起在衬底上的投影示意图；

图3是本发明实施例提供的一种hemt外延结构的制备方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种hemt外延结构的结构示意图，如图1所示，该hemt外延结构包括衬底1及依次层叠设置在衬底1上的aln成核层2、algan缓冲层3、gan层4、algan势垒层5与gan盖层6。

algan缓冲层3包括algan底层结构31与设置在algan底层结构31上的多个锥形凸起32，多个锥形凸起32均布在algan底层结构31上，衬底1层叠aln成核层2的一个表面为第一表面11，多个锥形凸起32在第一表面11上的投影321均不重合。

将algan缓冲层3设置为包括algan底层结构31与设置在algan底层结构31上的多个锥形凸起32，gan层4可在algan底层结构31上进行良好生长。而由于多个锥形凸起32的存在，gan层4在algan底层结构31上逐渐向远离衬底1的第一表面11的方向纵向生长时，gan层4会同时朝向平行第一表面11的方向横向生长。gan层4在纵向生长与横向生长时，会在gan层4内产生不同方向的位错缺陷，gan层4纵向生长时产生的部分位错缺陷会与gan层4横向生长时产生的部分位错缺陷相抵消，缺陷的减少可提高gan层4的晶体质量，提高最终得到的hemt的质量。且传统方法中仅纵向生长的gan层4在生长时产生的位错均会朝向gan层4与algan势垒层5的界面处移动，影响gan层4上生长的algan势垒层5的质量。而gan层4在横向生长时产生的位错缺陷会沿平行第一表面11的方向移动至gan层4的侧壁而不是gan层4与algan势垒层5的界面处。相对减少了移动至gan层4与algan势垒层5的界面处的位错缺陷，提高了gan层4会与algan势垒层5相接处的表面质量，gan层4上生长的algan势垒层5的质量较好，使最终得到的hemt的质量得到提高。

可选地，algan缓冲层3中的al的组分可为10～40％。algan缓冲层3中的al的组分在以上范围内时，algan缓冲层3本身的晶体质量较好，也可较好地起到缓冲衬底与gan层之间的晶格失配的作用。

在本发明实施例提供的一种情况中，algan缓冲层3中的al的组分可为25％。得到的hemt外延结构的质量较好。

可选地，algan缓冲层3的总厚度可为200～1000nm，此时得到的hemt外延结构整体的晶体质量较好。

在本发明实施例提供的一种情况中，algan缓冲层3的厚度可为800nm。得到的hemt外延结构的质量较好。

示例性地，algan底层结构31的厚度可为100～800nm。algan底层结构31的厚度设置在此范围时，可保证在algan底层结构31上生长的gan层4的质量。

在本发明实施例提供的一种情况中，algan底层结构31的厚度可为300nm。得到的hemt外延结构的质量较好。

可选地，锥形凸起22的高度可为100～500nm。锥形凸起32的高度设置在此范围内时，能较好地提高在algan缓冲层3上生长的gan层4的质量，保证最终得到的hemt外延结构的晶体质量。

图2是本发明实施例提供的锥形凸起在衬底上的投影示意图，如图2所示，相邻的两个锥形凸起32在第一表面11上的投影321上距离最近的两点之间的距离l均为150～550nm。这种设置可控制两个相邻的锥形凸起32之间的距离，较好地提高在algan缓冲层3上生长的gan层4的质量。

可选地，每个锥形凸起32在衬底1的第一表面11上的投影321上间隔最远的两点之间的距离d均为100～500nm。这种结构较为容易实现，也能够较好地提高hemt外延结构的质量。

示例性地，在本发明实施例提供的一种情况中，l可为200nm，d可为150nm，锥形凸起的高度可为250nm，此时得到的hemt外延结构的质量较好。

示例性地，gan层4的厚度可为300～1000nm。此时可保证gan层4与gan层4上生长的结构的质量。

图3是本发明实施例提供的一种hemt外延结构的制备方法流程图，如图3所示，该制备方法包括：

s1：提供一衬底。

其中，衬底可为蓝宝石衬底或者单晶硅衬底。

s2：在衬底上生长aln成核层。

其中，aln成核层的生长温度可为1000～1200℃，aln成核层的生长压力可为100～500torr。在此条件下可得到质量较好的aln成核层。

可选地，aln成核层的生长厚度可为50～400nm。可保证在aln成核层上生长的algan缓冲层的质量。

s3：在aln成核层上生长algan缓冲层，

可选地，在aln成核层上生长algan缓冲层时，向反应腔内通入10～50sccm的al源。得到的algan缓冲层的质量较好，保证在algan缓冲层上生长的外延结构的质量。

步骤s3中，algan缓冲层的生长温度可为1000～1200℃，algan缓冲层的生长压力可为100～500torr。

可选地，algan缓冲层的生长厚度可为200～1000nm，此时得到的hemt外延结构整体的晶体质量较好。

s4：对algan缓冲层进行光刻操作，使algan缓冲层的表面形成多个锥形凸起。

步骤s4可包括：

在algan缓冲层上涂覆一层光刻胶。

对光刻胶进行曝光显影，在光刻胶上形成图案，图案为多个均布的圆柱形图案。

对algan缓冲层上没有覆盖光刻胶的部分进行刻蚀。

去除algan缓冲层上的光刻胶。这种操作较为容易实现，也能够得到形状较为规则的锥形凸起，进而保证在algan缓冲层上生长的gan层的质量。

可选地，可通过icp(英文：inductivelycoupledplasma，中文：电感耦合等离子)刻蚀技术对algan缓冲层进行刻蚀，使用icp刻蚀技术对algan缓冲层进行刻蚀可通过icp刻蚀机实现，使用icp刻蚀技术对algan缓冲层进行刻蚀可更精确地对algan缓冲层的刻蚀形状进行控制。

示例性地，可采用icp干法刻蚀技术对algan缓冲层进行刻蚀，并采用sf6、ar、o2对所述algan缓冲层进行刻蚀，通入反应腔内的sf6的流量为50～500sccm、通入反应腔内的ar的流量为1～50sccm、通入反应腔内的o2的流量为1～50sccm。在以上条件下得到的algan缓冲层的表面质量较好。

icp刻蚀机在刻蚀algan缓冲层时，刻蚀气体被电离得到等离子体，等离子体在icp刻蚀机的作用下对algan缓冲层上没有被光刻胶覆盖的表面进行作用，逐渐在algan缓冲层上刻蚀出凹孔，并且由于大部分等离子体直接垂直第一表面作用在algan缓冲层上，因此凹孔会向algan缓冲层的生长方向的反向延伸，而在等离子体逐渐向第一表面方向刻蚀的过程中，直接轰击凹孔的侧壁的等离子体会逐渐消耗减少，在凹孔在延伸的过程中，凹孔在垂直其深度方向上的截面积会逐渐减小，进而得到较为规则的锥形凸起。

在剥离algan缓冲层上的光刻胶之后，可利用清洗剂对衬底进行清洗。

s5：在algan缓冲层上生长gan层。

其中，gan层的生长温度可为1000～1100℃，gan层的生长压力可为100～400torr。在此条件下可得到质量较好的gan层。

可选地，gan层的生长厚度可为300～1000nm。可保证在gan层上生长的algan缓冲层的质量。

s6：在gan层上生长algan势垒层。

其中，algan势垒层的生长温度可为1000～1200℃，algan势垒层的生长压力可为100～500torr。在此条件下可得到质量较好的algan势垒层。

可选地，algan势垒层的生长厚度可为5～50nm。可保证在algan势垒层上生长的algan缓冲层的质量。

s7：在algan势垒层上生长gan盖层。

其中，gan盖层的生长温度可为1000～1100℃，gan盖层的生长压力可为100～400torr。在此条件下可得到质量较好的gan盖层。

可选地，gan盖层的生长厚度可为1～20nm。可保证在gan盖层上生长的algan缓冲盖层的质量。

将algan缓冲层设置为包括algan底层结构与设置在algan底层结构上的多个锥形凸起，gan层可在algan底层结构上进行良好生长。而由于多个锥形凸起的存在，gan层在algan底层结构上逐渐向远离衬底的第一表面的方向纵向生长时，gan层会同时朝向平行第一表面的方向横向生长。gan层在纵向生长与横向生长时，会在gan层内产生不同方向的位错缺陷，gan层纵向生长时产生的部分位错缺陷会与gan层横向生长时产生的部分位错缺陷相抵消，缺陷的减少可提高gan层的晶体质量，提高最终得到的hemt的质量。且传统方法中仅纵向生长的gan层在生长时产生的位错均会朝向gan层与algan势垒层的界面处移动，影响gan层上生长的algan势垒层的质量。而gan层在横向生长时产生的位错缺陷会沿平行第一表面的方向移动至gan层的侧壁而不是gan层与algan势垒层的界面处。相对减少了移动至gan层与algan势垒层的界面处的位错缺陷，提高了gan层与algan势垒层相接处的表面质量，gan层上生长的algan势垒层的质量较好，最终得到的hemt的质量得到提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。