[發明專利]具有單邊漸變多量子阱的高阻氮化鎵基緩沖層及制備方法

有效

• 申請號: 201811405399.6
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109742140B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 房育濤;劉波亭;張愷玄;楊健;蔡文必
• 申請（專利權）人: 廈門市三安集成電路有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/15;H01L29/20
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 李雁翔;張迪

本發明提供了具有單邊漸變多量子阱的高阻氮化鎵基緩沖層，包括：由下至上依次層疊設置的襯底、成核層、具有單邊漸變多量子阱氮化鎵基高阻緩沖層和GaN緩沖層：所述具有單邊漸變多量子阱氮化鎵基高阻緩沖層包含多個多量子阱應力傳遞層，所述多個多量子阱應力傳遞層中Al的含量由下至上依次減少；所述多量子阱應力傳遞層中包括多個多量子阱周期，每一個多量子阱周期中進一步包括Al組分漸變的Al_uGa_1?uN漸變過渡層以及高Al組分Al_aGa_1?aN勢壘層和/低Al組分Al_bGa_1?bN勢阱層，使得所述多量子周期中每一層中Al組分含量單邊遞增或遞減；所述多量子周期的個數為3?100。

技術領域

本發明涉及一種電子元件，尤其涉及場效應晶體管。

背景技術

GaN基高電子遷移率場效應晶體管(HighElectronMobilityTransistor，HEMT)外延材料的生長過程中如何獲得高質量高阻值的緩沖層是GaN基HEMT外延的重要關鍵技術之一。在HEMT器件工作時GaN基緩沖層的漏電不僅會惡化器件高壓條件下的夾斷性能，使柵極對溝道電流的控制能力減弱從而惡化器件的整體性能；與此同時緩沖層中的漏電還會增加器件的發熱量，使器件輸出特性變差降低電能轉換效率以至于影響到器件的可靠性和使用壽命，因此GaN基緩沖層在高壓下的漏電問題一直是困擾HEMT器件性能提高的一個難題。為了獲得良好的器件特性和提高器件的可靠性必須生長高阻值GaN基緩沖層減少器件高壓工作時寄生漏電流。另外緩沖層的缺陷密度(位錯密度，摻雜等)也會直接影響到HEMT器件的二維電子氣遷移率從而影響器件的導通電阻和高頻特性，因此高質量的緩沖層也是提高器件性能的重要指標。

通過MOCVD生長的GaN基外延材料中由于背景氧摻雜、氮空位等缺陷存在，非故意摻雜的本征GaN是一種弱N型材料具有較高的背景電子濃度(10¹⁶-10¹⁷/cm³左右)，所以要獲得高阻值的GaN基緩沖層首先必須想辦法補償材料中電子獲得低背景濃度的緩沖層。一般獲得高阻值GaN基外延材料的方法可以分為兩大類：一類是通過控制在MOCVD中外延GaN過程的生長參數包括反應室氣壓，生長溫度，生長速率，V/III比等，增加外延材料中的p-型雜質數量或受主缺陷態密度來補償高的背景電子濃度進而獲得低背景電子濃度高阻值GaN基緩沖層；另一種方法是通過在GaN基材料的外延生長中通入含有Fe、Cr、Mg等金屬元素的外源摻雜劑在氮化鎵的禁帶中形成深能級缺陷或產生受主缺陷態補償剩余載流子從而獲得高阻值的GaN基緩沖層。第一種方法是通過引入晶格缺陷雜質獲得高阻值GaN外延層，因此獲得高阻外延層的晶體質量會變差。同時通過控制生長條件獲得高阻值GaN方法對設備依賴性較強，重復性也較差而且過多缺陷態還會加劇器件的電流崩塌效應，嚴重影響器件的可靠性；第二種方法中所引入金屬雜質一般都具有較強的記憶效應會在反應室一直有殘留使得后續外延材料都有被金屬雜質污染風險，因此一般需要有一臺專用摻雜的MOCVD生長高阻GaN基外延材料而且殘留到溝道的金屬雜質會使溝道2DEG的遷移率下降影響器件特性。因此找到一種既可以獲得高阻GaN基緩沖層同時又不會引入過多的雜質缺陷而造成器件高壓下電流崩塌的方法是高性能GaN基HEMT器件外延生長的關鍵。