氮化镓基高电子迁移率晶体管外延结构及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种氮化镓基高电子迀移率晶体管外延结构及其制造方法。
【背景技术】
[0002]GaN具有较大的直接禁带宽度(3.4ev)、高热导率、高电子饱和漂移速度等特点，因此已经成为目前半导体技术领域的研究热点。特别地，氮化镓基高电子迀移率场效应晶体管(HEMT)是一种基于氮化物异质结构的新型电子器件。该器件具有高频、大功率的优异特性，广泛应用于无线通信基站、电力电子器件等信息收发、能量转换等领域。
[0003]高电子迀移率晶体管(HEMT)的原理是由于组成异质结构的两种材料的禁带宽度不同，在异质结界面处形成了势皇和势阱，由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，由于势阱中的这些电子与势皇中的电离杂质空间分离，大大降低了库伦散射，从而提高了材料的电子迀移率。研制成器件后，通过调节栅电极偏压可以控制异质结界面处的二维电子气密度，在一定的直流偏压下，可以对高频微波信号进行放大。
[0004]现有技术氮化镓基HEMTs器件的外延结构一般如图1所示。其生长过程是:先在Si衬底上依次生长一 A1N成核层和AlGaN缓冲层；再在缓冲层上生长一 GaN沟道层；随后再生长一 AlGaN势皇层。但是由于AlGaN势皇层和GaN沟道层之间存在晶格失配和热失配，使得AlGaN异质外延生长时会产生高密度的位错。AlGaN/GaN异质结中高密度的位错不但增加了缓冲层和栅极的漏电流，而且对二维电子气的密度和迀移速率产生巨大的影响。如失配位错、合金混乱以及界面粗糙等缺陷都对二维电子气有很强的散射作用，进而降低了AlGaN/GaN基高电子迀移率晶体管的射频性能。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术的不足，本发明的一个目的是提供一种结构简单、位错密度小且集成电压尚的氣化嫁基尚电子迁移率晶体管外延结构。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种氮化镓基高电子迀移率晶体管外延结构，包括SiC或Si衬底层，在该衬底层上从下至上依次形成A1N成核层、AlGaN缓冲层、GaN沟道层、Si掺杂AlGaN势皇层和GaN盖帽层。
[0007]优选地，所述Si掺杂AlGaN势皇层中Si掺杂的浓度为1 X 1017cm 3_2 X 1019cm 3
[0008]为了实现上述氮化镓基高电子迀移率晶体管外延结构，本发明的另一个目的是提供一种氣化嫁基尚电子迁移率晶体管外延结构的制造方法，该方法包括:一种氣化嫁基尚电子迀移率晶体管外延结构的制造方法，该方法包括，在SiC或Si衬底上依次生长完A1N成核层、AlGaN缓冲层、GaN沟道层后，再生长Si掺杂AlGaN势皇层，最后生长GaN盖帽层。
[0009]优选地，所述Si掺杂AlGaN势皇层中Si掺杂的浓度为1 X 1017cm 3_2X 1019cm 3。
[0010]本发明的有益效果是:利用Si掺杂形成AlGaN势皇层的方法，能够降低材料的位错密度，改善界面的平整度，提高材料的电子迀移率，减少异质外延AlGaN势皇层表面态密度，进而降低了器件的漏电流，提高了器件的击穿电压且工艺简单易行。
【附图说明】
[0011]图1为现有技术氮化镓基HEMTs器件的外延结构示意图。
[0012]图2为本发明所述的一个氮化镓基高电子迀移率晶体管结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。
[0014]实施例一
[0015]本实施例提供一个氮化镓基高电子迀移率晶体管，如图2所示，在SiC或Si衬底210上生长一层A1N成核层220，再生长AlGaN缓冲层230，随后生长GaN沟道层240，然后生长一 Si掺杂浓度为1 X 1017cm 3的AlGaN势皇层250和一掺杂或非掺杂GaN盖帽层260，最后制作器件源、漏欧姆接触电极和栅电极(图2中未标出)。
[0016]实施例二
[0017]本实施例提供一个氮化镓基高电子迀移率晶体管，在SiC或Si衬底上生长一层A1N成核层，再生长缓冲层，随后生长沟道层，然后生长一 Si掺杂浓度为2 X 1019cm 3的AlGaN势皇层和一掺杂或非掺杂GaN盖帽层，最后制作器件源、漏欧姆接触电极和栅电极。
[0018]以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种氮化镓基高电子迀移率晶体管外延结构的制造方法，其特征在于，在Sic或Si衬底上依次生长完A1N成核层、AlGaN缓冲层、GaN沟道层后，再生长Si掺杂AlGaN势皇层，最后生长GaN盖帽层。2.根据权利要求1所述的一种氮化镓基高电子迀移率晶体管外延结构的制造方法，其特征在于，所述Si掺杂AlGaN势皇层中Si掺杂的浓度为1 X 1017cm 3_2X1019cm3。3.一种氮化镓基高电子迀移率晶体管外延结构，其特征在于，所述氮化镓基高电子迀移率晶体管外延结构中包括Sic或Si衬底层，在该衬底层上从下至上依次形成A1N成核层、AlGaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势皇层和GaN盖帽层，所述AlGaN势皇层为Si掺杂AlGaN势皇层。4.根据权利要求3所述的一种氮化镓基高电子迀移率晶体管外延结构，其特征在于，所述Si掺杂AlGaN势皇层中Si掺杂的浓度为1 X 1017cm 3_2X1019cm3o
【专利摘要】本发明公开了一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延结构及其制造方法。该外延结构包括衬底层，在该衬底层上从下至上依次生长有AlN成核层、AlGaN缓冲层、Al掺杂GaN模板层和AlGaN势垒层。本发明通过在制造氮化镓基高电子迁移率晶体管外延结构时，利用Al掺杂形成GaN模板层的方法，能够降低材料的位错密度，改善界面的平整度，提高材料的电子迁移率，减少异质外延AlGaN势垒层表面态密度，进而降低了器件的漏电流，提高了器件的击穿电压且工艺简单易行。
【IPC分类】H01L29/207, H01L29/205, H01L21/335, H01L29/778
【公开号】CN105322009
【申请号】CN201510757512
【发明人】陈振
【申请人】江西省昌大光电科技有限公司
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月9日