本發(fā)明涉及半導體器件，具體為一種新型algan/gan?hemt外延結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、algan/gan高電子遷移率晶體管（hemt）因其出色的電子遷移率和擊穿電壓而成為高頻、高功率電子器件的優(yōu)選材料。

2、然而，在傳統(tǒng)的algan/gan?hemt外延結(jié)構(gòu)中，應力、缺陷、雜質(zhì)的問題可能會影響器件的性能和穩(wěn)定性。為了解決這些問題，需要開發(fā)新型外延結(jié)構(gòu)以提高器件的性能和穩(wěn)定性。

3、為此，提出一種新型algan/gan?hemt外延結(jié)構(gòu)及其制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種新型algan/gan?hemt外延結(jié)構(gòu)及其制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種新型algan/gan?hemt外延結(jié)構(gòu)，包括襯底層，所述襯底層的上方設有用于調(diào)整和平衡外延層中的應力，防止應力集中的應力結(jié)構(gòu)調(diào)試層；

3、所述應力結(jié)構(gòu)調(diào)試層的上方設有用于控制和減少外延層中的缺陷，提高外延層的質(zhì)量的缺陷控制層；

4、所述缺陷控制層的上方設有用于補償外延層中的雜質(zhì)，改善器件的電性能的雜質(zhì)補償層；

5、所述雜質(zhì)補償層的上方設有作為電子的主要傳輸區(qū)域，具有高電子遷移率的傳輸層；

6、所述傳輸層的上方設有用于形成器件的導電通道，控制電子的流動的勢壘層；

7、所述勢壘層的上方設有cap層。

8、優(yōu)選的：所述應力結(jié)構(gòu)調(diào)試層包括第一應力調(diào)試子層與第二應力調(diào)試子層；

9、所述第一應力調(diào)試子層為aln單晶半導體多層材料，所述第二應力調(diào)試子層為alxga-xn多層結(jié)構(gòu)。

10、優(yōu)選的：所述第一應力調(diào)試子層的層數(shù)為2～5，單層厚度為20～100nm，總厚度為40～500nm。

11、優(yōu)選的：所述第二應力調(diào)試子層的層數(shù)為2～5，x取值在50%～90%之間，單層厚度為10～100nm，總厚度為20～500nm。

12、優(yōu)選的：所述缺陷控制層的結(jié)構(gòu)為alxga1-xn/alyga1-yn超晶格結(jié)構(gòu)，其中x＞y，50%≤x≤100%，10%≤y＜100%，超晶格范圍n在20～150，單個周期厚度為10～30nm，所述缺陷控制層總厚度在200～4500nm。

13、優(yōu)選的：所述雜質(zhì)補償層中用于補償層為摻雜gan層，摻雜源為含c或者含fe的化合物，總厚度為500～5000nm。

14、優(yōu)選的：所述傳輸層總厚度為100～1000nm。

15、優(yōu)選的：所述勢壘層為alxga1-xn層，所述勢壘層為單層或者多層結(jié)構(gòu)，其中x范圍在10%～50%之間。

16、優(yōu)選的：所述cap層為非人為摻雜gan層或者sin層或者人為摻雜p型gan層。

17、根據(jù)上述任意一項所述的一種新型algan/gan?hemt外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

18、s1、選用高熱導率、低熱膨脹系數(shù)的材料作為襯底層，并進行清洗和預處理；

19、s2、在襯底層上生長應力結(jié)構(gòu)調(diào)試層，其中第一應力調(diào)試子層的生長溫度為600～1200℃，為階梯式的升高；

20、第二應力調(diào)試子層的生長溫度在800～1200℃，通過調(diào)整生長條件實現(xiàn)應力的降低與平衡；

21、s3、在應力結(jié)構(gòu)調(diào)試層上生長缺陷控制層，通過調(diào)整生長條件控制和減少缺陷；

22、s4、在缺陷控制層上生長雜質(zhì)補償層，通過調(diào)整生長條件補償雜質(zhì)；

23、s5、在雜質(zhì)補償層上生長傳輸層，生長溫度為1000～1250℃，通過調(diào)整生長條件實現(xiàn)高電子遷移率；

24、s6、在傳輸層上生長勢壘層，形成器件的導電通道；

25、s7、在勢壘層上生長cap層。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：通過在algan/gan?hemt外延層引入應力調(diào)試層優(yōu)化應力弛豫，缺陷控制層結(jié)構(gòu)阻斷位錯缺陷向上延伸至電子導通層，減少電子被陷阱捕捉；通過上述結(jié)構(gòu)技術(shù)實施有效解決了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)應力過大裂紋，電流崩塌，縱向擊穿等問題，提高了器件的性能和穩(wěn)定性。此外，通過優(yōu)化生長條件，可以實現(xiàn)高電子遷移率和低漏電電流的優(yōu)化，進一步提高了器件的性能。

技術(shù)特征：

1.一種新型algan/gan?hemt外延結(jié)構(gòu)，包括襯底層（1），其特征在于：所述襯底層（1）的上方設有用于調(diào)整和平衡外延層中的應力，防止應力集中的應力結(jié)構(gòu)調(diào)試層（2）；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型algan/gan?hemt外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述應力結(jié)構(gòu)調(diào)試層（2）包括第一應力調(diào)試子層（21）與第二應力調(diào)試子層（22）；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型algan/gan?hemt外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述第一應力調(diào)試子層（21）的層數(shù)為2～5，單層厚度為20～100nm，總厚度為40～500nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型algan/gan?hemt外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述第二應力調(diào)試子層（22）的層數(shù)為2～5，x取值在50%～90%之間，單層厚度為10～100nm，總厚度為20～500nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型algan/gan?hemt外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述缺陷控制層（3）的結(jié)構(gòu)為alxga1-xn/alyga1-yn超晶格結(jié)構(gòu)，其中x＞y，50%≤x≤100%，10%≤y＜100%，超晶格范圍n在20～150，單個周期厚度為10～30nm，所述缺陷控制層（3）總厚度在200～4500nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型algan/gan?hemt外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述雜質(zhì)補償層（4）是人為摻雜gan層，摻雜源為含c或者含fe的化合物，總厚度為500～5000nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型algan/gan?hemt外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述傳輸層（5）總厚度為100～1000nm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型algan/gan?hemt外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述勢壘層（6）為alxga1-xn層，所述勢壘層（6）為單層或者多層結(jié)構(gòu)，其中x范圍在10%～50%之間。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型algan/gan?hemt外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述cap層（7）為非人為摻雜gan層或者sin層或者人為摻雜p型gan層。

10.一種如權(quán)利要求1-9任意一項所述外延結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種新型AlGaN/GaN?HEMT外延結(jié)構(gòu)及其制備方法，包括襯底層，所述襯底層的上方設有用于調(diào)整和平衡外延層中的應力、防止應力集中的應力結(jié)構(gòu)調(diào)試層；所述應力結(jié)構(gòu)調(diào)試層的上方設有用于控制和減少外延層中的缺陷、提高外延層的質(zhì)量的缺陷控制層；所述缺陷控制層的上方設有用于補償外延層中的雜質(zhì)、改善器件的電性能的雜質(zhì)補償層；通過在AlGaN/GaN?HEMT外延層引入應力調(diào)試、缺陷控制、雜質(zhì)補償、等結(jié)構(gòu)技術(shù)有效解決了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)應力過大裂紋，電流崩塌，縱向擊穿等問題，提高了器件的性能和穩(wěn)定性。此外，通過優(yōu)化生長條件，可以實現(xiàn)高電子遷移率和低漏電電流的優(yōu)化，進一步提高了器件的性能。

技術(shù)研發(fā)人員：黃兆斌
受保護的技術(shù)使用者：江蘇鎵宏半導體有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15