[發(fā)明專利]一種具有極化誘導摻雜高阻層的GaN基HEMT結(jié)構(gòu)及生長方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410505205.5
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104241352B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發(fā)明（設計）人: 張連;張韻;閆建昌;王軍喜;李晉閩
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06;H01L21/335
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

1.一種GaN基HEMT外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，該外延結(jié)構(gòu)沿外延生長方向依次包括：襯底、緩沖層、高阻層、溝道層和勢壘層，其中：

所述緩沖層外延生長在所述襯底上；

所述高阻層外延生長在所述緩沖層上，其中，所述高阻層為極化誘導摻雜；

所述溝道層外延生長在所述高阻層上；

所述勢壘層外延生長在所述溝道層上；

所述高阻層由AlGaN材料制成，厚度為0.05-2um，且在所述高阻層中，Al的組分沿外延生長方向逐漸降低，使得組分漸變產(chǎn)生的極化誘導空穴濃度與背景電子濃度相當，實現(xiàn)電子和空穴的完全補償，進而實現(xiàn)高阻特性；

或所述高阻層由InGaN材料制成，厚度為0.05-2um，且在所述高阻層中，In的組分沿外延生長方向逐漸增加，使得組分漸變產(chǎn)生的極化誘導空穴濃度與背景電子濃度相當，實現(xiàn)電子和空穴的完全補償，進而實現(xiàn)高阻特性。

2.根據(jù)權利要求1所述的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，外延生長方向為外延氮化物的[0001]方向，所述外延生長方向所對應的晶面為極性面(0001)面。

3.根據(jù)權利要求1所述的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述緩沖層由GaN或AlN材料制成，厚度為0.1-5um；

和/或，所述溝道層由非摻雜的GaN或InGaN制成，厚度為5-200nm；

和/或，所述勢壘層由應變AlGaN或InAlN制成，厚度為10-50nm。

4.根據(jù)權利要求1所述的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述緩沖層中還依次包括低溫成核層、高溫緩沖層和/或超晶格層。

5.一種GaN基HEMT結(jié)構(gòu)的外延生長方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1：在襯底上沿外延生長方向生長緩沖層；

步驟2：在所述緩沖層上沿外延生長方向生長高阻層，其中，所述高阻層為極化誘導摻雜；

步驟3：在所述高阻層上沿外延生長方向生長溝道層；

步驟4：在所述溝道層上沿外延生長方向生長勢壘層；

所述高阻層由AlGaN材料制成，厚度為0.05-2um，且在所述高阻層中，Al的組分沿外延生長方向逐漸降低，使得組分漸變產(chǎn)生的極化誘導空穴濃度與背景電子濃度相當，實現(xiàn)電子和空穴的完全補償，進而實現(xiàn)高阻特性；

或所述高阻層由InGaN材料制成，厚度為0.05-2um，且在所述高阻層中，In的組分沿外延生長方向逐漸增加，使得組分漸變產(chǎn)生的極化誘導空穴濃度與背景電子濃度相當，實現(xiàn)電子和空穴的完全補償，進而實現(xiàn)高阻特性。

6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述外延生長方向為外延氮化物的[0001]方向，所述外延生長方向所對應的晶面為極性面(0001)面。

7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，在生長緩沖層時，所述方法還包括沿外延生長方向依次生長低溫成核層、高溫緩沖層和/或超晶格層。

8.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述高阻層由AlGaN材料制成，厚度為0.05-2um，且在所述高阻層中，Al的組分沿外延生長方向逐漸降低；

或所述高阻層由InGaN材料制成，厚度為0.05-2um，且在所述高阻層中，In的組分沿外延生長方向逐漸增加。

9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，當所述高阻層由AlGaN材料制成時，在N2或H2的保護下，依據(jù)反應室的生長溫度條件下AlGaN的熱力學氣-固組分關系，對輸入反應室的III族金屬有機源材料鋁的流量和金屬有機源材料鎵的流量進行控制，控制反應室中三甲基鋁(TMA)/三甲基鎵(TMGa)+三甲基鋁(TMAl)的比例，形成組分漸變的AlGaN高阻層；

當所述高阻層由InGaN材料制成時，在N₂或H₂的保護下，依據(jù)反應室的生長溫度條件下InGaN的熱力學氣-固組分關系，使III族金屬有機源材料銦和鎵的流量保持不變輸入生長反應室，控制反應室生長溫度線性變化，形成組分漸變的InGaN高阻層。