HEMT器件的外延结构制造技术

本发明专利技术公开一种可减少漏电通道的HEMT器件的外延结构，包括硅衬底及依次形成的AlN缓冲层、AlxGa1‑xN缓冲层及GaN层，在所述硅衬底和AlN缓冲层之间有厚度为10~100nm的含碳化硅多晶混合物的过渡层，所述含碳化硅多晶混合物的过渡层按照如下方法制备：将硅衬底置于MOCVD机台，在900~1100℃条件下通入硅源气体，流量为20~60sccm，生长时间为1~30s，之后在保持所述硅源输入的同时以流量为200~400sccm通入碳源，生长时间为1~10mins。

Epitaxy Structure of HEMT Devices

【技术实现步骤摘要】
HEMT器件的外延结构
本专利技术涉及一种HEMT器件（GaN基高电子迁移率晶体管）的外延结构，尤其是一种可减少漏电通道的HEMT器件的外延结构。
技术介绍
作为继第一代半导体硅（Si）和第二代半导体砷化镓（GaAs）之后的第三代半导体材料代表，氮化镓（GaN）具有宽禁带、耐高温、高电子浓度、高电子迁移率、高导热性等独特的材料特性。因此，GaN基高电子迁移率晶体管（HEMT）在微波通讯和电力电子转换领域拥有卓越的性能。现有GaN基高电子迁移率晶体管（HEMT）的外延生长方法是在衬底（硅或者蓝宝石）上直接依次生长AlN缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层及GaN层（掺C的GaN层和本征GaN层）。由于硅衬底和AlN层之间的材料特性，AlN缓冲层生长过程中会出现大量的韧性位错，导致后续的GaN薄膜材料具有很高的位错密度（晶体质量差）并可能产生较多漏电通道，使GaN器件具有较大的漏电流密度而在远低于临界电场的条件下被击穿。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种可减少漏电通道的HEMT器件的外延结构。本专利技术的技术解决方案是：一种HEMT器件的外延结构，包括硅衬底及依次形成的AlN缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层及GaN层，在所述硅衬底和AlN缓冲层之间有厚度为10~100nm的含碳化硅多晶混合物的过渡层，所述含碳化硅多晶混合物的过渡层按照如下方法制备：将硅衬底置于MOCVD机台，在900~1100℃条件下通入硅源气体，流量为20~60sccm，生长时间为1~30s，之后在保持所述硅源输入的同时以流量为200~400sccm通入碳源，生长时间为1~10mins。所述含碳化硅多晶混合物的过渡层的生长压力优选为100~200mbar。所述硅源气体优选为SiH4和Si2H6中的至少一种。所述碳源气体优选为乙烯、丙烷和甲烷中的至少一种。所述AlN缓冲层的厚度优选为100nm~400nm。所述AlN缓冲层的生长温度优选为1000~1100℃、生长压力为50~100mbar。本专利技术是在硅衬底与AlN缓冲层之间形成由硅和碳形成晶格常数和热膨胀系数接近于AlN和GaN的厚度为10~100nm的含碳化硅多晶混合物的过渡层，避免AlN缓冲层长成后出现大量的韧性位错，保证后续外延层的晶体质量，减少漏电通道的产生；同时该含碳化硅多晶混合物的过渡层可阻挡Al原子扩散进入硅衬底，亦可防止界面处形成漏电通道，从而改善整体材料的电学特性，有效降低漏电密度。附图说明图1是本专利技术实施例1~2和对比例1~2漏电流密度测试图。具体实施方式实施例1：本专利技术的HEMT器件的外延结构，与现有技术相同，有硅衬底及依次形成的AlN缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层及GaN层，与现有技术所不同的是在硅衬底和AlN缓冲层之间有厚度为10nm含碳化硅多晶混合物的过渡层，所述含碳化硅多晶混合物的过渡层按照以下方法制备：将硅衬底置于MOCVD机台，先以1000℃烘烤硅衬底，去除表面的SiO2层；在1000℃、压力为100mbar条件下通入SiH4（200ppm）气体，流量为50sccm，生长时间为20s，之后在保持SiH4气体输入的同时以流量为300sccm通入乙烯，生长时间为1mins，长成含碳化硅多晶混合物的过渡层；在1000℃、压力为50mbar条件下，在含碳化硅多晶混合物的过渡层上生长AlN缓冲层，之后按照现有技术的方法依次生长AlxGa1-xN缓冲层及GaN层。实施例2：本专利技术的HEMT器件的外延结构，与现有技术相同，有硅衬底及依次形成的AlN缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层及GaN层，与现有技术所不同的是在硅衬底和AlN缓冲层之间有厚度为50nm含碳化硅多晶混合物的过渡层，所述含碳化硅多晶混合物的过渡层按照以下方法制备：将硅衬底置于MOCVD机台，先以1100℃烘烤硅衬底，去除表面的SiO2层；在1000℃、压力为200mbar条件下通入Si2H6（200ppm）气体，流量为50sccm，生长时间为20s，之后在保持所述Si2H6气体输入的同时以流量为300sccm通入甲烷，生长时间为5mins，长成含碳化硅多晶混合物的过渡层；在1100℃、压力为100mbar条件下，在含碳化硅多晶混合物的过渡层上生长AlN缓冲层，之后按照现有技术的方法依次生长AlxGa1-xN缓冲层及GaN层。对比例1：按照实施例1、实施例2所述现有技术的方法，直接在硅衬底上依次生长AlN缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层及GaN层。对比例2：有硅衬底及依次形成的AlN缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层及GaN层，与现有技术所不同的是在硅衬底和AlN缓冲层之间有厚度为110nm含碳化硅多晶混合物的过渡层，所述含碳化硅多晶混合物的过渡层按照以下方法制备：在MOCVD机台，以1100℃烘烤硅衬底，去除表面的SiO2层；在1000℃、压力为200mbar条件下通入Si2H6（200ppm）气体，流量为50sccm，生长时间为20s，之后在保持所述Si2H6气体输入的同时以流量为300sccm通入甲烷，生长时间为11mins，长成含碳化硅多晶混合物的过渡层；在1100℃、压力为100mbar条件下，在含碳化硅多晶混合物的过渡层上生长AlN缓冲层，之后按照现有技术的方法依次生长AlxGa1-xN缓冲层及GaN层。实验：测试本专利技术实施例1、2及对比例1、2在电压为650V时薄膜材料的漏电流密度。测试结果如图1及表1所示。表1对比例1实施例1实施例1对比例2外延层厚度5.2μm5.2μm5.2μm5.2μmXRD002/102500/1200srcsec400/900srcsec300/600srcsec570/1250srcsec漏电流密度4E-6A/mm25.1E-7A/mm23E-8A/mm22E-6A/mm2结果表明：对比例1因无过渡层，漏电流密度最大；实施例1过渡层厚度为10nm，薄膜的耐压性能和材料质量都有所提高，漏电流密度相对实施例1有所降低；实施例2过渡层厚度为50nm，薄膜的耐压性能和材料质量进一步提高，漏电流密度相对实施例1进一步降低；对比例2过渡层厚度为110nm，薄膜的耐压性能和材料质量有所下降，因为过厚的过渡层晶体质量相对比较差，而在此基础上生长的GaN材料质量也会变差，漏电流密度虽相对实施例1有所降低，但较实施例1、2均有所提高。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种HEMT器件的外延结构，包括硅衬底及依次形成的AlN缓冲层、AlxGa1‑xN缓冲层及GaN层，其特征在于：在所述硅衬底和AlN缓冲层之间有厚度为10~100nm的含碳化硅多晶混合物的过渡层，所述含碳化硅多晶混合物的过渡层按照如下方法制备：将硅衬底置于MOCVD机台，在900~1100℃条件下通入硅源气体，流量为20~60sccm，生长时间为1~30s，之后在保持所述硅源输入的同时以流量为200~400sccm通入碳源，生长时间为1~10mins。

【技术特征摘要】
1.一种HEMT器件的外延结构，包括硅衬底及依次形成的AlN缓冲层、AlxGa1-xN缓冲层及GaN层，其特征在于：在所述硅衬底和AlN缓冲层之间有厚度为10~100nm的含碳化硅多晶混合物的过渡层，所述含碳化硅多晶混合物的过渡层按照如下方法制备：将硅衬底置于MOCVD机台，在900~1100℃条件下通入硅源气体，流量为20~60sccm，生长时间为1~30s，之后在保持所述硅源输入的同时以流量为200~400sccm通入碳源，生长时间为1~10mins。2.根据权利要求1所述的HEMT器件的外延结构，其特征在于：所述含...

【专利技术属性】
技术研发人员：程万希，梁辉南，姜仁波，李强，王荣华，高珺，
申请(专利权)人：大连芯冠科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21