一种基于ScAlMgO4衬底的GaN基HEMT器件外延结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于ScAlMgO4衬底的GaN基HEMT器件外延结构，该GaN基HEMT器件外延结构包括依次层叠的ScAlMgO4衬底，i

【技术实现步骤摘要】
一种基于ScAlMgO4衬底的GaN基HEMT器件外延结构


[0001]本专利技术属于HEMT器件领域，具体涉及一种基于ScAlMgO4衬底的GaN基HEMT器件外延结构。

技术介绍

[0002]GaN基HEMT(高电子迁移率晶体管)器件是以AlGaN/GaN异质结为结构基础的氮化镓基器件，具有截止频率高、饱和电流高以及跨导高等优越性，能够适应大功率的工作环境。现有GaN基HEMT器件外延结构大多是利用Si衬底外延生长的，但Si衬底和GaN材料存在20.4％的晶格失配和56％的热失配，导致GaN外延膜在生长后薄膜内存在很大的张应力，导致生长的GaN薄膜缺陷密度相当高。
[0003]与其它传统衬底材料相比，铝镁酸钪(ScAlMgO4)与氮化镓的晶格失配率约1.8％，热膨胀系数失配也比其它传统衬底材料低，是一种理想的氮化镓外延生长衬底，但现有以铝镁酸钪为衬底外延生长氮化镓薄膜的报道相对较少。如专利文献CN106158592A公开了一种生长在铝酸镁钪衬底上的GaN薄膜的制备方法，其依次在铝酸镁钪衬底上生长GaN缓冲层、GaN形核层，GaN非晶层和GaN薄膜，获得高质量的GaN薄膜。又如专利文献CN113035689A公开了一种氮化镓单结晶基板的制造方法，其通过MOCVD方法在ScAlMgO4基板上低温生长GaN系缓冲层，在作为第二阶段生长的GaN系缓冲层上通过HVPE法高温生长GaN单晶层，经过切片、研磨抛光、清洗，实现无位错、无结晶缺陷的高品质GaN结晶基板。但采用上述现有技术在ScAlMgO4基板上生长的GaN薄膜质量并不太理想，GaN XRD(002)和(102)的半峰宽高达300arcsec以上。

技术实现思路

[0004]为了解决现有GaN基HEMT器件处延结构生长中存在的上述问题，本专利技术提供一种基于ScAlMgO4衬底的GaN基HEMT器件外延结构。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种基于ScAlMgO4衬底的GaN基HEMT器件外延结构，包括依次层叠的ScAlMgO4衬底，i
‑
Al
x
Ga1‑
x
N/i
‑
GaN超晶格层，i
‑
GaN层，i
‑
AlN层，i
‑
Al
y
Ga1‑
y
N层，以及GaN或p型GaN层。
[0007]优选地，所述i
‑
Al
x
Ga1‑
x
N/i
‑
GaN超晶格层的总厚度为200nm～4000nm，超晶格层厚度超出该范围会影响器件质量。其中，循环次数为2～200，各i
‑
Al
x
Ga1‑
x
N层的厚度为10nm～1990nm，各i
‑
GaN层的厚度为10nm～1990nm。
[0008]更优选地，所述x为0.01～0.6。
[0009]优选地，所述i
‑
GaN层的厚度为500nm～5000nm，超出该厚度范围会影响器件质量，该层太薄所起到的作用有限，太厚会导致反应腔室的颗粒(particle)会增多，影响器件质量。
[0010]优选地，所述i
‑
AlN层的厚度为0.1nm～10nm，超出该厚度范围会影响器件质量。
[0011]优选地，所述i
‑
Al
y
Ga1‑
y
N层的厚度为5nm～500nm，超出该厚度范围会影响器件质
量。
[0012]更优选地，所述y为0.01～0.6。
[0013]优选地，所述GaN或p型GaN层的厚度为1nm～150nm。
[0014]优选地，所述ScAlMgO4衬底以(001)面偏(110)面0～0.3度为外延面。
[0015]一种基于ScAlMgO4衬底的GaN基HEMT器件外延结构的制备方法，包括：
[0016](1)在ScAlMgO4衬底上外延生长i
‑
Al
x
Ga1‑
x
N/i
‑
GaN超晶格层；
[0017](2)在i
‑
Al
x
Ga1‑
x
N/i
‑
GaN超晶格层上外延生长i
‑
GaN层；
[0018](3)在i
‑
GaN层上外延生长i
‑
AlN层；
[0019](4)在i
‑
AlN层上外延生长i
‑
Al
y
Ga1‑
y
N层；
[0020](5)在i
‑
Al
x
Ga
y
N层上外延生长GaN或p型GaN层。
[0021]优选地，步骤(1)中，外延生长i
‑
Al
x
Ga1‑
x
N/i
‑
GaN超晶格层时，i
‑
Al
x
Ga1‑
x
N的生长速率为0.1～1μm/h，i
‑
GaN的生长速率为0.2～2μm/h。
[0022]优选地，步骤(2)中，外延生长i
‑
GaN层的生长速率为0.5～5μm/h。
[0023]优选地，步骤(3)中，外延生长i
‑
AlN层的生长速率为0.05～0.5μm/h。
[0024]优选地，步骤(4)中，外延生长i
‑
Al
y
Ga1‑
y
N层的生长速率为0.2～2μm/h。
[0025]优选地，步骤(5)中，外延生长GaN或p型GaN层的生长速率为0.2～2μm/h，其中，p型GaN为掺Mg的GaN，掺杂浓度为1E15cm
‑3～3E19cm
‑3。
[0026]有益效果
[0027]与现有技术相比，本专利技术可以有效降低GaN薄膜缺陷密度，使GaN XRD(002)和(102)的半峰宽降至200arcsec以下，从而得到大尺寸高质量GaN HEMT器件。
附图说明
[0028]图1是本专利技术基于ScAlMgO4衬底的GaN基HEMT器件外延结构的示意图。
[0029]图2是本专利技术基于ScAlMgO4衬底的GaN基HEMT器件外延结构的生产工艺流程图。
具体实施方式
[0030]以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。
[0031]本专利技术基于ScAlMgO4衬底的GaN基HEMT器件外延结构如图1所示，包括ScAlMgO4(SAM)衬底P0，在衬底P0的表面上依次层叠的i
‑
Al
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ScAlMgO4衬底的GaN基HEMT器件外延结构，其特征在于：包括依次层叠的ScAlMgO4衬底，i
‑
Al
x
Ga1‑
x
N/i
‑
GaN超晶格层，i
‑
GaN层，i
‑
AlN层，i
‑
Al
y
Ga1‑
y
N层，以及GaN或p型GaN层。2.根据权利要求1所述的GaN基HEMT器件外延结构，其特征在于：所述i
‑
Al
x
Ga1‑
x
N/i
‑
GaN超晶格层的总厚度为200nm～4000nm，循环次数为2～200，其中，各i
‑
Al
x
Ga1‑
x
N层的厚度为10nm～1990nm，各i
‑
GaN层的厚度为10nm～1990nm。3.根据权利要求2所述的GaN基HEMT器件外延结构，其特征在于：所述x为0.01～0.6。4.根据权利要求1所述的GaN基HEMT器件外延结构，其特征在于：所述i
‑
GaN层的厚度为500nm～5000nm。5.根据权利要求1所述的GaN基HEMT器件外延结构，其特征在于：所述i
‑
AlN层的厚度为0.1nm～10nm。6.根据权利要求1所述的GaN基HEMT器件外延结构，其特征在于：所述i
‑
Al
y
Ga1‑
y
N层的厚度为5nm～500nm。7.根据权利要求6所述的GaN基HEMT器件外延结构，其特征在于：所述y为0.01～0.6。8.根据权利要求1所述的GaN基HEMT器件外延结构，其特征在于：所述GaN或p型GaN层的厚度为1nm～150nm。9.根据权利要求1所述的GaN基HEMT器件外延结构，其特征在于：所述ScAlMgO4衬底以(001)面偏(11...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟玉煌，张海涛，许彬，潘华，陆羽，蒲小东，王素素，
申请(专利权)人：无锡吴越半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：