CN105719968A - 硅衬底上外延氮化镓薄膜及制备hemt器件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种硅衬底上外延氮化镓薄膜及制备HEMT器件的方法，包括以下步骤：S1，在硅衬底表面外延生长用作插入层的SiC层；S2，对硅衬底进行氮化镓外延工艺；该工艺进一步包括以下步骤：S21，对SiC层的表面进行处理，以形成一层铝单原子层；S22，在该铝单原子层表面外延生长形成氮极性的氮化镓外延层。本发明提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法，其能够在硅衬底上获得N极性的氮化镓外延层，该氮化镓外延层可以应用于制备例如GaN基常关型HEMT器件等的高性能器件。

Description

硅衬底上外延氮化镓薄膜及制备HEMT器件的方法

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体地，涉及一种硅衬底上外延氮化镓薄膜及制备HEMT器件的方法。

背景技术

目前，业界一直在致力于用供应更为丰富的硅代替传统的蓝宝石或碳化硅(SiC)作为GaN元件的衬底，以降低成本，同时可以在自动化IC生产线上制造。另外，硅具有良好的导电和导热性能，是GaN大功率器件的良好载体，使GaN大功率器件能够充分发挥其优越的性能。采用MOCVD(Metal-organicChemicalVaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)工艺在衬底上外延生长GaN薄膜层，获得的GaN薄膜层多为Ga极性，而非N极性。这使得GaN基HEMT器件为常开型器件，常开型器件有漏电流大和断电安全性差等弊端。若要得到GaN基常关型(又称增强型)HEMT器件，就需要在衬底上外延生长N极性的GaN薄膜层。

现有的一种获得N极性的GaN薄膜层的方法为：以预通氨气进行氮化处理的方式在蓝宝石衬底上形成双层N(氮)单原子层，借助这个双层N原子层实现极性翻转。完成该极性翻转后，采用TMGa(三甲基镓)气体在衬底上外延生长GaN薄膜层，最终获得N极性的GaN薄膜层。上述方法虽然可以在蓝宝石衬底上获得N极性的GaN薄膜层及HEMT器件。但是，由于蓝宝石衬底的导热性较差，容易造成HEMT器件烧毁，因此，上述方法不适合应用在制备高功率的HEMT器件。即便采用导热性能较好的硅衬底代替蓝宝石衬底进行上述方法，但是，由于在进行氮化处理时，预通氨气容易在硅表面形成SiN层，而SiN是一种介质材料，这使得GaN在SiN层表面很难定向外延形成薄膜层，从而也无法获得N极性的GaN薄膜层。

还有一种获得N极性的GaN薄膜层的方法是在硅衬底上通过重掺杂Mg来实现GaN外延层的极性翻转，从而实现在Si衬底上外延生长N极性的GaN薄膜层。该方法是基于过量的Mg掺杂会出现Mg在GaN材料中以团簇形式存在的现象，而这种Mg团簇可以改变GaN的原子排列顺序，形成极性翻转。但是，这种方法实际上是在晶体内部引入高密度的缺陷，这些高密度的缺陷通常导致晶体材料的物理、化学性质变差，例如导电性低，从而该方法无法制作高性能的器件。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种硅衬底上外延氮化镓薄膜及制备HEMT器件的方法，其能够在硅衬底上获得N极性的氮化镓外延层，该氮化镓外延层可以应用于制备例如GaN基常关型HEMT器件等的高性能器件。

为实现本发明的目的而提供一种硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法，包括以下步骤：

S1，在硅衬底表面外延生长用作插入层的SiC层；

S2，对所述硅衬底进行氮化镓外延工艺；所述工艺包括以下步骤：S21，对所述SiC层的表面进行处理，以形成一层铝单原子层；S22，在所述铝单原子层表面外延生长氮极性的氮化镓外延层。

优选的，所述步骤S1进一步包括以下步骤：

S11，采用化学气相沉积工艺，并以丙烷为原料对所述硅衬底进行碳化处理；

S12，通入含有碳元素和硅元素的气体在经过碳化处理的所述硅衬底表面上外延生长SiC层。

优选的，在所述步骤S11中，腔室温度为1100～1300℃，并在该腔室温度下将所述硅衬底在掺有丙烷、甲烷或者乙烷的氢气气氛中烘烤5～30min。

优选的，在所述步骤S12中，腔室温度为1050～1100℃。

优选的，所述含有碳元素和硅元素的气体包括硅烷或者二硅烷。

优选的，在步骤S2中，所述工艺采用MOCVD方法，其中，

所述步骤S21以铝金属有机源气体作为源材料在所述SiC层的表面外延生长所述铝单原子层；

所述步骤S22以镓金属有机源气体和氮源气体作为源材料在所述铝单原子层表面外延生长所述氮极性的氮化镓外延层。

优选的，在所述步骤S21中，腔室温度为1100～1200℃；铝金属有机源气体的气流量为40sccm。

优选的，在所述步骤S22中，腔室温度为1080℃；腔室压力为50～100torr；氮源气体和金属有机源气体的摩尔比例为2000。

优选的，在完成步骤S22之后，所述工艺还包括以下步骤S23，停止通入所述镓金属有机源气体，并在所述氮源气体的气体气氛下将腔室温度降低至室温。

优选的，所述SiC层的厚度为0.1～3um；所述氮极性的氮化镓外延层的厚度为0.15～1μm。

作为另一个技术方案，本发明提供一种制备HEMT器件的方法，对具有氮化镓外延层的硅衬底进行外延工艺，以在所述氮化镓外延层上外延生长制备HEMT器件所需的至少一层外延层；所述氮化镓外延层采用本发明提供的上述硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法获得。

优选的，所述外延工艺包括以下步骤：

S100，在所述氮化镓外延层上外延生长AlGaN层；

S200，在所述AlGaN层上外延生长GaN层。

优选的，所述外延工艺采用MOCVD方法，其中，在所述步骤S100中，在腔室温度为1100℃，腔室压力为50～100torr的条件下，通入铝金属有机源气体、镓金属有机源气体和氮源气体外延生长形成所述AlGaN层；在所述步骤S200中，停止通入所述铝金属有机源气体，并在腔室温度为1080℃，腔室压力为50～200torr的条件下，继续通入所述镓金属有机源气体和氮源气体外延生长形成所述GaN层。

优选的，所述AlGaN层的厚度为25～100nm。

优选的，所述GaN层的厚度为20～25nm。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法，其首先在硅衬底表面外延生长用作插入层的SiC层，该插入层可以提高氮化镓外延层的晶体质量，降低其缺陷密度；然后，对硅衬底进行氮化镓外延工艺，该工艺首先对SiC层的表面进行处理，以形成Al单原子层；然后在该铝单原子层表面外延生长形成氮化镓外延层。借助Al单原子层，可以实现氮化镓外延层的极性翻转，从而获得氮极性的氮化镓外延层。而且，该氮化镓外延层的物理、化学性质较好，可以应用于制备例如GaN基常关型HEMT器件等的高性能器件以及具有高灵敏度的氢气探测装置。

本发明提供的制备HEMT器件的方法，其通过采用本发明提供的上述硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法制备氮极性的氮化镓外延层，可以成功地在该氮极性的氮化镓外延层上外延生长HEMT器件所需的至少一层外延层，最终获得具有高性能的GaN基常关型HEMT器件。

附图说明

图1为本发明实施例提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法的流程框图；

图2为采用本发明实施例提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法获得的具有N极性的氮化镓外延层的硅衬底的结构示意图；

图3为采用本发明实施例提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法获得的N极性的氮化镓外延层的表面形貌的光学显微镜图；

图4A为采用本发明实施例提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法获得的N极性的氮化镓外延层在进行湿法化学腐蚀之前的扫描电镜图；

图4B为采用本发明实施例提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法获得的N极性的氮化镓外延层在进行湿法化学腐蚀之后的扫描电镜图；以及

图5为采用本发明实施例提供的制备HEMT器件的方法获得的HEMT器件的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜及制备HEMT器件的方法进行详细描述。

图1为本发明实施例提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法的流程框图。请参阅图1，硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法包括以下步骤：

S1，在硅衬底表面外延生长用作插入层的SiC层；

S2，对硅衬底进行氮化镓外延工艺，以在该硅衬底上外延生长氮化镓外延层。在上述步骤S2中，上述工艺包括以下步骤：

S21，对SiC层的表面进行处理，以形成一层铝单原子层；

S22，在该铝单原子层表面外延生长氮极性的氮化镓外延层。

进行步骤S1的目的在于：将SiC层用作插入层，可以提高氮化镓外延层的晶体质量，降低其缺陷密度。在本实施例中，该步骤S1包括以下步骤：

S11，采用化学气相沉积(CVD)工艺，并以丙烷为原料对硅衬底进行碳化处理。具体地，将硅衬底放入化学气相沉积设备的反应腔室内；对该反应腔室进行加热，以使腔室温度达到1100～1300℃，在该腔室温度的条件下，向反应腔室内通入丙烷和氢气的混合气体，同时在掺有丙烷的氢气气氛中烘烤硅衬底5～30min，最终使得硅衬底被碳化。通过将腔室温度在上述范围内取值，可以达到在保证SiC层的晶体质量的前提下，尽可能地采用较低的腔室温度的目的，从而可以降低使用成本。另外，由于使用丙烷气体碳化硅衬底的反应效率较高，因而可以提高工艺效率。当然，在实际应用中，还可以采用诸如甲烷或者乙烷等的其他可碳化硅衬底的气体。需要说明的是，对硅衬底进行碳化处理的反应原理是：使硅的最表面的原子层和碳发生反应，最终形成Si-C化学键的复合双原子层(3C-SiC)。

S12，通入含有碳元素和硅元素的气体在经过碳化处理的硅衬底表面上外延生长SiC层。具体地，首先将上述反应腔室内的温度降低至1050～1100℃；在该温度条件下，向反应腔室内通入诸如硅烷或者二硅烷等的含有碳元素和硅元素的气体，以在经过碳化的硅衬底表面外延生长SiC层。在完成SiC层的外延之后，将腔室温度降低至室温，并从CVD设备的反应腔室内取出具有SiC层的硅衬底。通过将腔室温度在上述范围内取值，可以达到在保证SiC层的晶体质量的前提下，尽可能地采用较低的腔室温度的目的，从而可以降低使用成本。

在本实施例中，步骤S2采用MOCVD方法进行氮化镓外延工艺，其中，进行步骤S21的目的是在SiC层的表面形成Al单原子层，借助该Al单原子层，可以实现氮化镓外延层的极性翻转，从而获得氮极性的氮化镓外延层。步骤S21以铝金属有机源气体作为源材料在SiC层的表面外延生长铝单原子层。具体地，将具有SiC层的硅衬底放入MOCVD设备的反应腔室内；对该反应腔室进行加热，以使腔室温度达到1100～1200℃，并将反应腔室的腔室压力控制在50～200torr；向反应腔室内通入铝金属有机源气体5～30min，该铝金属有机源气体包括三甲基铝(TMAl)，其气流量优选为40sccm，最终在SiC层的表面形成Al单原子层。通过将腔室温度在上述范围内取值，可以在保证有效进行化学反应的前提下，尽可能地采用较低的腔室温度的目的，从而可以降低使用成本。此外，将腔室压力在上述范围内取值的原因在于：若腔室压力太大，会导致化学反应无法有效进行；若腔室压力过小，MOCVD设备难以实现，因此，需要采用合适的腔室压力，以在MOCVD设备能够实现的前提下，保证化学反应的有效进行，而在50～200torr的范围内的腔室压力则可以达到该目的。另外，由于较大的气流量能够使反应充分进行，因此，通过该流量是所采用的MOCVD设备所能使用的最大流量，该流量通常最大为40sccm。

在完成步骤S21之后，停止继续通入铝金属有机源气体，并开始进行步骤S22，步骤S22以镓金属有机源气体和氮源气体作为源材料在铝单原子层表面外延生长氮极性的氮化镓外延层。具体地，将反应腔室的腔室温度降低至1080℃；腔室压力设置为50～100torr，该腔室压力的取值原因与上述步骤S21相类似，但是其取值相对于步骤S21有所降低，以保证GaN层的表面相对平整；并向反应腔室内通入镓金属有机源气体和氮源气体5～30min，其中，镓氮源气体包括氨气(NH₃)，镓金属有机源气体包括三甲基镓(TMGa)，二者的摩尔比例为10～2000，优选为2000，该范围可以使反应得到的GaN层表面更平整。上述氮源气体和镓金属有机源气体的摩尔比例具体是指在进行氮化物外延过程中，五族元素和三族元素的摩尔比例，该摩尔比例可以通过调节镓金属有机源气体和/或氮源气体的气流量来实现。将腔室温度降低至1080℃的目的在于，该腔室温度是GaN生长的优选温度，能够同时实现高晶体质量(需要相对较高温度)和平整表面(需要相对较低温度)。

优选的，在上述MOCVD工艺中，在完成步骤S22之后，开始进行步骤S23，停止通入镓金属有机源气体，并在氮源气体的气体气氛下将腔室温度降低至室温，以保护GaN不会在高温作用下分解。

图2为采用本发明实施例提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法获得的具有N极性的氮化镓外延层和硅衬底的结构示意图。如图2所示，在完成步骤S22之后，最终自硅衬底表面由下而上依次外延形成SiC层和N极性的氮化镓外延层。优选的，该SiC层的厚度为0.1～3um；该氮极性的氮化镓外延层的厚度为0.15～1μm，这是因为：对于氮极性的GaN层，若其厚度超过1μm，表面粗糙度就会急剧恶化，因此，厚度在0.1～3um范围内的SiC层可以保证其表面粗糙度。而对于高电子迁移率(HEMT)器件，较厚的GaN层会带来更好的器件性能。厚度在0.15-1μm范围内的氮极性的氮化镓外延层可以保证器件质量。

下面对本发明提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法的一个具体实施例进行详细描述。具体地，

(1)采用CVD设备对硅衬底表面进行碳化处理，具体地，加热反应腔室，以使其腔室温度升高至1200℃；在该温度条件下，将硅衬底在掺有丙烷的氢气气氛中烘烤10min，直至达到对硅衬底表面进行碳化处理的目的。

(2)将上述反应腔室的腔室温度降低到1100℃，并通入硅烷气体，以在经过碳化的硅衬底上外延生长3C-SiC层，该3C-SiC层的厚度为100nm。在该外延过程结束后，将腔室温度降低至室温，并自CVD设备中取出外延有SiC层的硅衬底。

(3)将外延有SiC层的硅衬底放入MOCVD设备的反应腔室内，并加热该反应腔室，以使其腔室温度升高至1200℃；以及将该反应腔室的腔室压力设置为50torr；在此条件下，向反应腔室内通入三甲基铝2.5min，以对SiC层表面进行处理形成一层Al单原子层。

(4)停止向反应腔室内通入三甲基铝，并将上述反应腔室的腔室温度降低至1080℃，以及将腔室压力控制在70torr。在此条件下，向反应腔室内通入三甲基镓和氨气(氮源气体)20min，以在SiC层表面外延生长GaN层，在此过程中，氨气和三甲基镓的摩尔比例为2000，最终获得的GaN外延层的厚度为0.7μm。

(5)停止通入三甲基镓，并保持向反应腔室内通入氨气，以在氨气和氮气的混合气体气氛下，将上述反应腔室的腔室温度降温至室温。

下面采用以下两种方法判断采用本发明实施例提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法获得的氮化镓外延层是N极性的。

在第一种判断方法中，图3为采用本发明实施例提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法获得的N极性的氮化镓外延层的表面形貌的光学显微镜图。如图3所示，借助光学显微镜观察N极性的氮化镓外延层的表面形貌，可以初步判断本发明提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法制备的GaN外延层的极性。由图可以看出，GaN层表面出现了明显的六边形图案，该图案通过与现有技术中获得的Ga极性的GaN外延层进行对比，可以判断采用本发明的技术方案获得的GaN外延层为N极性的GaN层。

在第二种判断方法中，图4A为采用本发明实施例提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法获得的N极性的氮化镓外延层在进行湿法化学腐蚀之前的扫描电镜图。图4B为采用本发明实施例提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法获得的N极性的氮化镓外延层在进行湿法化学腐蚀之后的扫描电镜图。请一并参阅图4A和图4B，由于N极性的GaN外延层的化学活性较高，可以通过采用KOH溶液(2mol/L)化学腐蚀的方法对氮化镓外延层的极性进行判断。如图4A所示，在电子显微镜下，没有腐蚀的样品表面呈现出平整的六边形台面，这种形貌和光学显微镜的形貌相符合。而经过化学腐蚀后，样品表面在电子显微镜下呈现出高密度的六角锥形貌，如图4A所示。这一变化说明GaN表面已经被KOH溶液所腐蚀，且呈现了N极性的腐蚀后形貌，由此可以说明，采用本发明的技术方案获得的GaN外延层为N极性的GaN层。

需要说明的是，在本实施例中，步骤S2采用MOCVD方法进行氮化镓外延工艺，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以采用其他化学气相沉积方法进行氮化镓外延工艺。

综上所述，本发明提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法，其首先在硅衬底表面外延生长用作插入层的SiC层，该插入层可以提高氮化镓外延层的晶体质量，降低其缺陷密度；然后，对硅衬底进行氮化镓外延工艺，该工艺首先对SiC层的表面进行处理，以形成Al单原子层；然后在该铝单原子层表面外延生长形成氮化镓外延层。借助Al单原子层，可以实现氮化镓外延层的极性翻转，从而获得氮极性的氮化镓外延层。而且，该氮化镓外延层的物理、化学性质较好，可以应用于制备例如GaN基常关型HEMT器件等的高性能器件以及具有高灵敏度的氢气探测装置。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种制备HEMT器件的方法，该方法是在采用本发明提供的上述硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法获得N极性的氮化镓外延层的基础上，继续对硅衬底进行外延工艺，以在该氮化镓外延层上外延生长制备HEMT器件所需的至少一层外延层。

在本实施例中，本发明实施例提供的制备HEMT器件的方法是采用MOCVD工艺，依次在氮化镓外延层上外延生长AlGaN层和GaN层。其中，AlGaN层用作HEMT器件的势垒层；GaN层用作HEMT器件的沟道层，二者共同实现HEMT器件工作所需的二维电子气(2DEG)。

具体地，该MOCVD工艺包括以下步骤：

S100，在氮化镓外延层上外延生长AlGaN层；

S200，在AlGaN层上外延生长GaN层。

在步骤S100中，在腔室温度为1100℃，腔室压力为50～100torr的条件下，向MOCVD设备的反应腔室通入铝、镓金属有机源气体和氮源气体1.5～6min，以外延生长形成AlGaN层。通过将腔室温度设定在1100℃，可以在保证有效进行化学反应的前提下，尽可能地采用较低的腔室温度的目的，从而可以降低使用成本。此外，将腔室压力在上述范围内取值的原因在于：若腔室压力太大，会导致化学反应无法有效进行；若腔室压力过小，MOCVD设备难以实现，因此，需要采用合适的腔室压力，以在MOCVD设备能够实现的前提下，保证化学反应的有效进行，而在50～100torr的范围内的腔室压力则可以达到该目的。

停止继续通入铝金属有机源气体，并开始进行步骤S200，在步骤S200中，将腔室温度降低为1080℃，以及将腔室压力控制在50～200torr，同时继续通入镓金属有机源气体和氮源气体1min，以外延生长形成GaN层。腔室温度和腔室压力采用上述数值的原因与步骤S100中腔室温度和腔室压力的取值原因相类似，在此不再赘述。

图5为采用本发明实施例提供的制备HEMT器件的方法获得的HEMT器件的结构示意图。请参阅图5，在完成步骤S200之后，最终自氮化镓外延层由下而上依次外延形成AlGaN层和GaN层。优选的，该AlGaN层的厚度在25～100nm，以获得良好的薄膜质量，避免产生裂纹，影响器件性能。该GaN层的厚度在20～25nm，以在保证形成2DEG的前提下，尽可能地使用厚度较薄的GaN层用作沟道层，这有利于实现更好的器件工作性能。

下面对本发明提供的制备HEMT器件的方法的一个具体实施例进行详细描述。具体地，在完成本发明实施例提供的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法获得的具有N极性的氮化镓外延层的基础上继续进行MOCVD工艺。

(1)将MOCVD设备的反应腔室的腔室温度升高至1100℃，并将腔室压力控制在60torr，在此条件下向反应腔室内通入三甲基铝、三甲基镓和氨气6min，以在GaN层表面外延生长AlGaN层。其中，氨气和金属有机源(包括三甲基铝和三甲基镓)的摩尔比例为1000，获得的AlGaN层的厚度约为100nm。

(2)停止向反应腔室内通入三甲基铝，并将腔室温度降低至1080℃，以及腔室压力控制在70torr。在此条件下，继续向反应腔室内通入三甲基镓和氨气1min，以在AlGaN层表面外延生长GaN层。其中，氨气和三甲基镓的摩尔比例为2000，获得的GaN层的厚度约为20nm。

(3)停止向反应腔室内通入三甲基镓，并保持向反应腔室内通入氨气，以在氨气和氮气的混合气体气氛下，将腔室温度降温至室温。

本发明实施例提供的上述制备HEMT器件的方法，其通过采用本发明提供的上述硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法制备氮极性的氮化镓外延层，可以成功地在该氮极性的氮化镓外延层上外延生长HEMT器件所需的至少一层外延层，最终获得具有高性能的GaN基常关型HEMT器件。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在硅衬底表面外延生长用作插入层的SiC层；

S2，对所述硅衬底进行氮化镓外延工艺；所述工艺包括以下步骤：S21，对所述SiC层的表面进行处理，以形成一层铝单原子层；S22，在所述铝单原子层表面外延生长氮极性的氮化镓外延层。

2.根据权利要求1所述的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括以下步骤：

S11，采用化学气相沉积工艺，并以丙烷为原料对所述硅衬底进行碳化处理；

S12，通入含有碳元素和硅元素的气体在经过碳化处理的所述硅衬底表面上外延生长SiC层。

3.根据权利要求2所述的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法，其特征在于，在所述步骤S11中，腔室温度为1100～1300℃，并在该腔室温度下将所述硅衬底在掺有丙烷、甲烷或者乙烷的氢气气氛中烘烤5～30min。

4.根据权利要求2所述的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法，其特征在于，在所述步骤S12中，腔室温度为1050～1100℃。

5.根据权利要求2所述的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法，其特征在于，所述含有碳元素和硅元素的气体包括硅烷或者二硅烷。

6.根据权利要求1所述的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述工艺采用MOCVD方法，其中，

所述步骤S21以铝金属有机源气体作为源材料在所述SiC层的表面外延生长所述铝单原子层；

所述步骤S22以镓金属有机源气体和氮源气体作为源材料在所述铝单原子层表面外延生长所述氮极性的氮化镓外延层。

7.根据权利要求6所述的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法，其特征在于，在所述步骤S21中，腔室温度为1100～1200℃；铝金属有机源气体的气流量为40sccm。

8.根据权利要求6所述的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法，其特征在于，在所述步骤S22中，腔室温度为1080℃；腔室压力为50～100torr；氮源气体和金属有机源气体的摩尔比例为2000。

9.根据权利要求6所述的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法，其特征在于，在完成步骤S22之后，所述工艺还包括以下步骤S23，停止通入所述镓金属有机源气体，并在所述氮源气体的气体气氛下将腔室温度降低至室温。

10.根据权利要求1所述的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法，其特征在于，所述SiC层的厚度为0.1～3um；所述氮极性的氮化镓外延层的厚度为0.15～1μm。

11.一种制备HEMT器件的方法，对具有氮化镓外延层的硅衬底进行外延工艺，以在所述氮化镓外延层上外延生长制备HEMT器件所需的至少一层外延层；其特征在于，所述氮化镓外延层采用权利要求1-10任意一项所述的硅衬底上外延氮化镓薄膜的方法获得。

12.根据权利要求11所述的制备HEMT器件的方法，其特征在于，所述外延工艺包括以下步骤：

S100，在所述氮化镓外延层上外延生长AlGaN层；

S200，在所述AlGaN层上外延生长GaN层。

13.根据权利要求12所述的制备HEMT器件的方法，其特征在于，所述外延工艺采用MOCVD方法，其中，

在所述步骤S100中，在腔室温度为1100℃，腔室压力为50～100torr的条件下，通入铝金属有机源气体、镓金属有机源气体和氮源气体外延生长形成所述AlGaN层；

在所述步骤S200中，停止通入所述铝金属有机源气体，并在腔室温度为1080℃，腔室压力为50～200torr的条件下，继续通入所述镓金属有机源气体和氮源气体外延生长形成所述GaN层。

14.根据权利要求12或13所述的制备HEMT器件的方法，其特征在于，所述AlGaN层的厚度为25～100nm。

15.根据权利要求12或13所述的制备HEMT器件的方法，其特征在于，所述GaN层的厚度为20～25nm。