CN118016709A - 一种基于GaN材料的HEMT外延结构及其生长方法和应用 - Google Patents
一种基于GaN材料的HEMT外延结构及其生长方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118016709A CN118016709A CN202410149000.1A CN202410149000A CN118016709A CN 118016709 A CN118016709 A CN 118016709A CN 202410149000 A CN202410149000 A CN 202410149000A CN 118016709 A CN118016709 A CN 118016709A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- gan
- thickness
- inn
- epitaxial structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims abstract description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 78
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 39
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 10
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 7
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 143
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 21
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 4
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 238000011895 specific detection Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
本发明属于新型半导体技术领域，具体公开一种基于GaN材料的HEMT外延结构及其生长方法。本发明提供的外延结构，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；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。本发明通过在基底上外延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。
Description
技术领域
本发明属于新型半导体技术领域，特别涉及一种基于GaN材料的HEMT外延结构及其生长方法。
背景技术
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。
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生产成本，并且还不利于GaN基HEMT外延器件的性能。因此，提供一种基于GaN材料的HEMT外延结构及其生长方法以提高HEMT器件的载流子浓度、迁移率，降低器件的位错密度具有重要意义。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种基于GaN材料的HEMT外延结构及其生长方法和应用，本发明提供的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。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
本发明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；
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。
相对于现有技术，本发明提供的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。
本发明提供的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。
优选的，所述基底为GaN基底。
优选的，所述InN层的厚度为0.5nm-1nm。
优选的，所述Inx1GaN层的厚度为1nm-30nm。
优选的，所述Inx2GaN/GaN超晶格层的厚度为1nm-50nm。
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。
优选的，所述Inx3GaN/InN超晶格层的厚度为1.5nm-20nm。
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。
优选的缓冲层厚度有利于进一步提高器件的综合性能。
优选的，所述x1、x2和x3均为1％-30％。
优选的，所述第一帽层的厚度为1nm-20nm。
优选的第一帽层的厚度有利于提高器件的载流子密度。
优选的，所述插入层的厚度为0nm-2nm。
优选的，所述势垒层的厚度为3nm-26nm。
优选的，所述第二帽层的厚度为0nm-10nm。
本发明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：
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。
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。
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。
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。
作为优选的实施例，所述含铟化合物为三甲基铟。
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。
作为优选的实施例，所述V族化合物为氨气。
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：
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；
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；
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。
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：
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；
步骤b、当所述Inx3GaN层的厚度为0.5nm-10nm时，停止通入镓源，生长InN层；
步骤c、重复步骤a和步骤b，得厚度为1.5nm-20nm的Inx3GaN/InN超晶格层。
特定的缓冲层能在较低的温度下生长，可避免高温对GaN基底的刻蚀，避免GaN基底表面的粗糙化，进一步提高器件的迁移率。
作为优选的实施例，所述第一帽层可以为GaN帽层。
作为优选的实施例，所述第一帽层的生长方法为：于温度为600℃-900℃、压力为30mbar-700mbar下，通入氮气、镓源和氨气，生长第一帽层。
作为优选的实施例，所述插入层可以为AlN插入层。
作为优选的实施例，所述插入层的生长方法为：于温度为1000℃-1100℃、压力为50mbar-300mbar下，通入氮气、铝源和氨气，生长插入层。
作为优选的实施例，所述势垒层可以为AlGaN势垒层。
作为优选的实施例，所述势垒层的生长方法为：于温度为1000℃-1100℃、压力为50mbar-300mbar下，通入氮气、镓源、铝源和氨气，生长势垒层。
作为优选的实施例，所述第二帽层可以为GaN帽层。
作为优选的实施例，所述第二帽层的生长方法为：于温度为1000℃-1100℃、压力为50mbar-300mbar下，通入氮气、镓源和氨气，生长第二帽层。
本发明第三个方面提供一种HEMT器件，包括上述基于GaN材料的HEMT外延结构。
本发明提供的HEMT外延结构的生长方法，无需高温即能在基底上生长外延层，避免了高温对GaN基底的损伤，还在一定程度上简化了生长工艺，降低了成本。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种基于GaN材料的HEMT外延结构，HEMT外延结构包括由下到上依次层叠的GaN基底、厚度为0.5nm的InN层、厚度为30nm的Inx1GaN层、厚度为1nm的GaN帽层、厚度为2nm的AlN插入层和厚度为26nm的AlGaN势垒层；其中，X1为30％；
本实施例还提供上述HEMT外延结构的生长方法，包括如下步骤：采用MOCVD技术依次在GaN基底表面上进行异质外延生长InN层、Inx1GaN层、GaN帽层、AlN插入层和AlGaN势垒层；
其中，InN层的生长方法为：于950℃下，通入氮气、氨气和三甲基铟，在GaN基底上生长InN层；
Inx1GaN层的生长方法为：于900℃、压力为700mbar下，通入氮气、氨气、三甲基铟和三甲基镓，在InN层上生长Inx1GaN层；
GaN帽层的生长方法为：于600℃、压力为700mbar下，通入氮气、三乙基镓和氨气，生长GaN帽层；
AlN插入层的生长方法为：于1100℃、压力为300mbar下，通入氮气、三甲基铝和氨气，生长AlN插入层；
AlGaN势垒层的生长方法为：于1100℃、压力为50mbar下，通入氮气、三乙基镓、三甲基铝和氨气，生长AlGaN势垒层。
实施例2
本实施例提供一种基于GaN材料的HEMT外延结构，HEMT外延结构包括由下到上依次层叠的GaN基底、厚度为1nm的InN层、厚度为50nm的Inx2GaN/GaN超晶格层、厚度为20nm的第一GaN帽层、厚度为3nm的AlGaN势垒层和厚度为10nm的第二GaN帽层；其中，X2为1％；Inx2GaN/GaN超晶格层中Inx2GaN层的厚度为10nm，GaN层的厚度为10nm；
本实施例还提供上述HEMT外延结构的生长方法，包括如下步骤：采用MOCVD技术依次在GaN基底表面上进行异质外延生长InN层、Inx2GaN/GaN超晶格层、第一GaN帽层、AlGaN势垒层和第二GaN帽层；
其中，InN层的生长方法为：于900℃下，通入氮气、氨气和三甲基铟，在GaN基底上生长InN层；
Inx2GaN/GaN超晶格层的生长方法为：步骤1、于温度为900℃、压力为30mbar下，通入氮气、三甲基铟、三乙基镓和氨气，生长Inx2GaN层；
步骤2、当Inx2GaN层的厚度为10nm时，停止通入三甲基铟，生长GaN层；
步骤3、重复步骤1和步骤2，得厚度为50nm的Inx2GaN/GaN超晶格层；
第一GaN帽层的生长方法为：于900℃、压力为30mbar下，通入氮气、三甲基镓和氨气，生长GaN帽层；
AlGaN势垒层的生长方法为：于1000℃、压力为300mbar下，通入氮气、三乙基镓、三甲基铝和氨气，生长AlGaN势垒层；
第二GaN帽层的生长方法为：于温度为1000℃、压力为300mbar下，通入氮气、三甲基镓和氨气，生长第二GaN帽层。
实施例3
本实施例提供一种基于GaN材料的HEMT外延结构，HEMT外延结构包括由下到上依次层叠的GaN基底、厚度为1nm的InN层、厚度为6nm的Inx2GaN/GaN超晶格层、厚度为20nm的第一GaN帽层、厚度为26nm的AlGaN势垒层和厚度为10nm的第二GaN帽层；其中，X2为5％；Inx2GaN/GaN超晶格层中Inx2GaN层的厚度为2nm，GaN层的厚度为1nm；
本实施例还提供上述HEMT外延结构的生长方法，包括如下步骤：采用MOCVD技术依次在GaN基底表面上进行异质外延生长InN层、Inx2GaN/GaN超晶格层、第一GaN帽层、AlGaN势垒层和第二GaN帽层；
其中，InN层的生长方法为：于900℃下，通入氮气、氨气和三甲基铟，在GaN基底上生长InN层；
Inx2GaN/GaN超晶格层的生长方法为：步骤1、于温度为900℃、压力为30mbar下，通入氮气、三甲基铟、三乙基镓和氨气，生长Inx2GaN层；
步骤2、当Inx2GaN层的厚度为2nm时，停止通入三甲基铟，生长GaN层，得厚度为6nm的Inx2GaN/GaN超晶格层；
第一GaN帽层的生长方法为：于900℃、压力为30mbar下，通入氮气、三甲基镓和氨气，生长GaN帽层；
AlGaN势垒层的生长方法为：于1000℃、压力为300mbar下，通入氮气、三乙基镓、三甲基铝和氨气，生长AlGaN势垒层；
第二GaN帽层的生长方法为：于温度为1000℃、压力为300mbar下，通入氮气、三甲基镓和氨气，生长第二GaN帽层。
实施例4
本实施例提供一种基于GaN材料的HEMT外延结构，HEMT外延结构包括由下到上依次层叠的GaN基底、厚度为0.8nm的InN层、厚度为30nm的Inx3GaN/InN超晶格层、厚度为10nm的第一GaN帽层、厚度为1nm的AlN插入层、厚度为20nm的AlGaN势垒层和厚度为5nm的第二GaN帽层；其中，X3为30％；Inx3GaN/InN超晶格层中Inx2GaN层的厚度为8nm，InN层的厚度为2nm；
本实施例还提供上述HEMT外延结构的生长方法，包括如下步骤：采用MOCVD技术依次在GaN基底表面上进行异质外延生长InN层、Inx3GaN/InN超晶格层、第一GaN帽层、AlN插入层、AlGaN势垒层和第二GaN帽层；
其中，InN层的生长方法为：于930℃下，通入氮气、氨气和三甲基铟，在GaN基底上生长InN层；
Inx3GaN/InN超晶格层的生长方法为：步骤a、于温度为900℃、压力为30mbar下，通入氮气、三甲基铟、三甲基镓和氨气，生长Inx3GaN层；
步骤b、当所述Inx3GaN层的厚度为8nm时，停止通入三甲基镓，生长InN层；
步骤c、重复步骤a和步骤b，得厚度为30nm的Inx3GaN/InN超晶格层；
第一GaN帽层的生长方法为：于800℃、压力为300mbar下，通入氮气、三甲基镓和氨气，生长GaN帽层；
AlN插入层的生长方法为：于1050℃、压力为200mbar下，通入氮气、三甲基铝和氨气，生长AlN插入层；
AlGaN势垒层的生长方法为：于1080℃、压力为150mbar下，通入氮气、三乙基镓、三甲基铝和氨气，生长AlGaN势垒层；
第二GaN帽层的生长方法为：于温度为1040℃、压力为70mbar下，通入氮气、三甲基镓和氨气，生长第二GaN帽层。
实施例5
本实施例提供一种基于GaN材料的HEMT外延结构，HEMT外延结构包括由下到上依次层叠的GaN基底、厚度为0.8nm的InN层、厚度为20nm的Inx3GaN/InN超晶格层、厚度为10nm的第一GaN帽层、厚度为1nm的AlN插入层、厚度为20nm的AlGaN势垒层和厚度为5nm的第二GaN帽层；其中，X3为30％；Inx3GaN/InN超晶格层中Inx2GaN层的厚度为0.5nm，InN层的厚度为0.5nm；
本实施例还提供上述HEMT外延结构的生长方法，包括如下步骤：采用MOCVD技术依次在GaN基底表面上进行异质外延生长InN层、Inx3GaN/InN超晶格层、第一GaN帽层、AlN插入层、AlGaN势垒层和第二GaN帽层；
其中，InN层的生长方法为：于930℃下，通入氮气、氨气和三甲基铟，在GaN基底上生长InN层；
Inx3GaN/InN超晶格层的生长方法为：步骤a、于温度为900℃、压力为30mbar下，通入氮气、三甲基铟、三甲基镓和氨气，生长Inx3GaN层；
步骤b、当所述Inx3GaN层的厚度为0.5nm时，停止通入三甲基镓，生长InN层；
步骤c、重复步骤a和步骤b，得厚度为20nm的Inx3GaN/InN超晶格层；
第一GaN帽层的生长方法为：于800℃、压力为300mbar下，通入氮气、三甲基镓和氨气，生长GaN帽层；
AlN插入层的生长方法为：于1050℃、压力为200mbar下，通入氮气、三甲基铝和氨气，生长AlN插入层；
AlGaN势垒层的生长方法为：于1080℃、压力为150mbar下，通入氮气、三乙基镓、三甲基铝和氨气，生长AlGaN势垒层；
第二GaN帽层的生长方法为：于温度为1040℃、压力为70mbar下，通入氮气、三甲基镓和氨气，生长第二GaN帽层。
应用例
分别将实施例1-5制备得到的HEMT外延结构的迁移率、电子浓度、载流子密度和位错密度进行检测，其中，迁移率、和载流子密度采用霍尔效应测试仪检测，位错密度通过X射线衍射仪测试(002)或(102)面半高宽计算；
具体检测数据见表1：
表1
| 室温迁移率(cm2/V·s) | 载流子密度(cm-2) | 位错密度(cm-2) | |
| 实施例1 | 1850 | 1.2E+13 | 5E+6 |
| 实施例2 | 1950 | 1.2E+13 | 5E+6 |
| 实施例3 | 1900 | 1.2E+13 | 5E+6 |
| 实施例4 | 2000 | 1.3E+13 | 5E+6 |
| 实施例5 | 1900 | 1.3E+13 | 5E+6 |
由表1可知，由本发明提供的HEMT外延结构制备成HEMT外延材料，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。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
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；
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。
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
所述InN层的厚度为0.5nm-1nm；和/或
所述Inx1GaN层的厚度为1nm-30nm；和/或
所述Inx2GaN/GaN超晶格层的厚度为1nm-50nm；和/或
所述Inx3GaN/InN超晶格层的厚度为1.5nm-20nm。
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
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；和/或
所述x1、x2和x3均为1％-30％。
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
所述插入层的厚度为0nm-2nm；和/或
所述势垒层的厚度为3nm-26nm；和/或
所述第二帽层的厚度为0nm-10nm。
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：
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。
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外延结构的生长方法，其特征在于，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。
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：
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；
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；
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。
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：
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；
步骤b、当所述Inx3GaN层的厚度为0.5nm-10nm时，停止通入镓源，生长InN层；
步骤c、重复步骤a和步骤b，得厚度为1.5nm-20nm的Inx3GaN/InN超晶格层。
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410149000.1A CN118016709A (zh) | 2024-02-02 | 2024-02-02 | 一种基于GaN材料的HEMT外延结构及其生长方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410149000.1A CN118016709A (zh) | 2024-02-02 | 2024-02-02 | 一种基于GaN材料的HEMT外延结构及其生长方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118016709A true CN118016709A (zh) | 2024-05-10 |
Family
ID=90954613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410149000.1A Pending CN118016709A (zh) | 2024-02-02 | 2024-02-02 | 一种基于GaN材料的HEMT外延结构及其生长方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118016709A (zh) |
-
2024
- 2024-02-02 CN CN202410149000.1A patent/CN118016709A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20090173951A1 (en) | COMPOUND SEMICONDUCTOR DEVICE USING SiC SUBSTRATE AND ITS MANUFACTURE | |
| CN116960173B (zh) | 高电子迁移率晶体管外延结构及制备方法、hemt器件 | |
| CN113054002B (zh) | 一种增强型高迁移率氮化镓半导体器件及其制备方法 | |
| CN115842042B (zh) | 一种外延层结构及其制备方法和应用 | |
| CN218039219U (zh) | 一种高迁移率晶体管的外延结构 | |
| CN114551593A (zh) | 一种外延片、外延片生长方法及高电子迁移率晶体管 | |
| CN114250510B (zh) | 一种用于氮化镓基射频器件的外延结构及其制备方法 | |
| CN113555431B (zh) | 基于P型GaN漏电隔离层的同质外延氮化镓高电子迁移率晶体管及制作方法 | |
| CN110797394B (zh) | 一种高电子迁移率晶体管的外延结构及其制备方法 | |
| CN116646248B (zh) | 一种外延片制备方法及其外延片、高电子迁移率晶体管 | |
| CN111009468A (zh) | 一种半导体异质结构制备方法及其用途 | |
| CN116454184B (zh) | 一种高光效led外延片及其制备方法、led | |
| CN110047924B (zh) | 利用GaN基窄阱多量子阱结构的高阻缓冲层及制备方法 | |
| KR20150000753A (ko) | 질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법 | |
| CN113140620B (zh) | 宽禁带半导体BPN/GaN异质结材料及外延生长方法 | |
| CN110957354B (zh) | 一种硅重掺杂氮化镓异质外延的材料结构及应力控制方法 | |
| CN118016709A (zh) | 一种基于GaN材料的HEMT外延结构及其生长方法和应用 | |
| CN114551594A (zh) | 一种外延片、外延片生长方法及高电子迁移率晶体管 | |
| CN111009579A (zh) | 半导体异质结构及半导体器件 | |
| CN115036367A (zh) | 一种外延片、外延片制备方法及高电子迁移率晶体管 | |
| CN114914296A (zh) | 一种外延片、外延片制备方法及高电子迁移率晶体管 | |
| JP3987360B2 (ja) | エピタキシャル基板、電子デバイス用エピタキシャル基板、及び電子デバイス | |
| JP2007042936A (ja) | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ | |
| CN221282125U (zh) | 一种基于Si衬底的超晶格异质结外延结构 | |
| CN117457711A (zh) | 一种基于Si衬底的超晶格异质结外延结构及其制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |