[發明專利]碳摻雜調控的GaN基HEMT外延結構及其制作方法

在審

• 申請號: 202010822480.5
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN111952365A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 王柏斌;趙德剛;梁鋒;楊靜;劉宗順;陳平;朱建軍
• 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;H01L29/20;H01L29/207;H01L29/36;H01L21/335
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉歌

本公開提供了一種碳摻雜調控的GaN基HEMT外延結構及其制作方法，其碳摻雜調控的GaN基HEMT外延結構沿外延生長方向依次包括：襯底、成核層、緩沖層、溝道層、插入層和勢壘層；所述成核層外延生長在所述襯底上；所述緩沖層外延生長在所述成核層上；所述緩沖層的碳雜質濃度大于或等于10¹⁷cm^?3；所述溝道層外延生長在所述緩沖層上；所述溝道層的碳雜質濃度小于或等于10¹⁷cm^?3；所述插入層外延生長在所述溝道層上；所述勢壘層外延生長在所述插入層上。本公開中高碳雜質濃度的緩沖層能夠提供高電阻，能夠有效抑制緩沖層漏電。

技術領域

本公開涉及半導體領域，尤其涉及一種碳摻雜調控的GaN基HEMT外延結構及其制作方法。

背景技術

氮化鎵(GaN)基材料具有禁帶寬、擊穿電壓高、電子遷移率高的優點，成為半導體領域的研究熱點。尤其是在微波通信領域有良好的應用前景，可廣泛應用于5G通信、毫米波雷達等方面。

但是由于GaN與異質襯底之間存在晶格失配和熱失配，如GaN與藍寶石襯底之間的晶格失配為16％，與硅襯底之間的晶格失配為17％、熱失配為54％，與碳化硅(SiC)之間的晶格失配為3.4％。失配的存在限制了異質外延生長的GaN的晶體質量，使得GaN基高電子遷移率晶體管(HEMT)的緩沖層中存在穿透位錯，穿透位錯形成縱向漏電通道，導致緩沖層電阻率下降，極大地影響了GaN基HEMT的性能。然而，如果采用引入額外的摻雜源的方式對緩沖層進行摻雜來提高緩沖層電阻率，殘留在反應室的摻雜源可能會影響后續溝道層的生長，使得溝道層遷移率下降，也會降低器件性能。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種碳摻雜調控的GaN基HEMT外延結構及其制作方法，以解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供了一種碳摻雜調控的GaN基HEMT外延結構，所述外延結構沿外延生長方向依次包括：襯底、成核層、緩沖層、溝道層、插入層和勢壘層；

所述成核層外延生長在所述襯底上；

所述緩沖層外延生長在所述成核層上；所述緩沖層的碳雜質濃度大于或等于10¹⁷cm^-3；

所述溝道層外延生長在所述緩沖層上；所述溝道層的碳雜質濃度小于或等于10¹⁷cm^-3；

所述插入層外延生長在所述溝道層上；

所述勢壘層外延生長在所述插入層上。

在本公開的一些實施例中，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。

根據本公開的一個方面，還提供了一種碳摻雜調控的GaN基HEMT外延結構的制作方法，包括：

在襯底上沿外延生長方向生長成核層；

在所述成核層上沿外延生長方向生長緩沖層，其中，反應室壓力為30-100Torr；所述緩沖層的碳雜質濃度大于或等于10¹⁷cm^-3；

在所述緩沖層上沿外延生長方向生長溝道層；其中，反應室壓力為100-300Torr，所述溝道層的碳雜質濃度小于或等于10¹⁷cm^-3；

在所述溝道層上沿外延生長方向生長插入層；

在所述插入層上沿外延生長方向生長勢壘層。