[發明專利]一種外延片、外延片生長方法及高電子遷移率晶體管

在審

• 申請號: 202210049690.4
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114551593A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 胡加輝;劉春楊;金從龍;顧偉
• 申請（專利權）人: 江西兆馳半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;C30B23/02;C30B25/18;C30B29/40;H01L21/335;H01L29/20;H01L29/207
• 代理公司: 南昌旭瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 36150
• 代理人: 彭琰

本發明提供一種外延片、外延片生長方法及高電子遷移率晶體管，該外延片包括依次層疊設置的Si襯底，AlN成核層，高阻緩沖層，GaN溝道層，AlN插入層，AlGaN勢壘層及GaN蓋帽層，所述高阻緩沖層包括依次層疊設置的第一碳摻雜AlGaN層、第二碳摻雜AlGaN層以及第三碳摻雜AlGaN層，所述第一碳摻雜AlGaN層設置在靠近所述AlN成核層的一側；其中，所述第一碳摻雜AlGaN層的摻雜濃度由高到低均勻漸變，所述第二碳摻雜AlGaN層的摻雜濃度恒定不變，所述第三碳摻雜AlGaN層的摻雜濃度由低到高均勻漸變。與現有技術相比，本發明提出的外延片既能實現高阻又具有很高的晶體質量。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種外延片、外延片生長方法及高電子遷移率晶體管。

背景技術

作為第三代半導體材料，GaN基材料由于具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度大、化學穩定好、抗輻射耐高溫、易形成異質結等優勢，成為了制造高溫、高頻、大功率、抗輻射的高電子遷移率晶體管(HEMT)結構的首選材料。另一方面，由于GaN基異質結構具有很高的載流子濃度和電子遷移率，其導通電阻小，并且禁帶寬度大的優勢使得其能夠承受很高的工作電壓。因此，GaN基的高電子遷移率晶體管也適用于高溫高頻大功率器件、低損耗率開關器件等應用領域。

在上述領域中生長GaN薄膜的常用襯底為藍寶石(Al2O3)、碳化硅(SiC)和硅(Si)，其中藍寶石和SiC襯底外延生長GaN薄膜已經非常成熟，但其價格偏貴，特別是SiC價格昂貴，大大增加了生產成本高，而且藍寶石本身散熱效果不好，很難實現大尺寸外延生長。因此，通常采用Si襯底外延生長GaN薄膜，其導熱性好，可實現大尺寸外延，特別是6寸、8寸和12寸外延片，可降低生產成本，具有極大的市場競爭力。但由于Si襯底表面含有的氧化物(例如SiO2)在高溫中分解出的氧原子會隨著外延層生長中向緩沖層擴散，使得緩沖層漏電，不能實現高阻，降低器件性能，且靠近溝道層的二維電子氣濃度較高，容易溢出到向緩沖層，也使得緩沖層不能實現高阻。

為了解決上述問題，現有技術中通常通過對緩沖層進行高濃度的Fe摻雜或C摻雜以實現高阻，減小緩沖層的漏電，但高濃度的摻雜影響外延層的晶體質量，不利于器件性能的提升，而低濃度摻雜雖然可以提高外延層晶體質量，卻難以實現高阻。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種外延片、外延片生長方法及高電子遷移率晶體管，從而實現外延層的高阻以及提升外延層的晶體質量。

本發明實施例是這樣實現的，一種外延片，包括依次層疊設置的Si襯底，AlN成核層，高阻緩沖層，GaN溝道層，AlN插入層，AlGaN勢壘層及GaN蓋帽層，所述高阻緩沖層包括依次層疊設置的第一碳摻雜AlGaN層、第二碳摻雜AlGaN層以及第三碳摻雜AlGaN層，所述第一碳摻雜AlGaN層設置在靠近所述AlN成核層的一側；

其中，所述第一碳摻雜AlGaN層的摻雜濃度由高到低均勻漸變，所述第二碳摻雜AlGaN層的摻雜濃度恒定不變，所述第三碳摻雜AlGaN層的摻雜濃度由低到高均勻漸變。

進一步的，上述外延片，其中，所述第一碳摻雜AlGaN層中AlGaN的Al組分為0.50～0.80，所述第一碳摻雜AlGaN層的摻雜濃度為5*10¹⁷cm^-3-5*10²⁰cm^-3。

進一步的，上述外延片，其中，所述第二碳摻雜AlGaN層中AlGaN的Al組分為0.40～0.50，所述第二碳摻雜AlGaN層的摻雜濃度為5*10¹⁵cm^-3-5*10¹⁶cm^-3。

進一步的，所述第三碳摻雜AlGaN層中AlGaN的Al組分為0.20～0.40，所述第二碳摻雜AlGaN層的摻雜濃度為5*10¹⁷cm^-3-5*10²⁰cm^-3。