一种耐高压低导通电阻GaNHEMT外延片及其制备方法与流程

本发明属于功率器件，涉及一种gan hemt功率器件，具体涉及一种耐高压低导通电阻gan hemt外延片及其制备方法。

背景技术：

1、gan基材料漏电主要有两个方面：一是背景载流子浓度过高，二是在gan样品内部存在一个电荷堆积层，称之为掩埋电荷层。在采用mocvd(金属有机化合物化学气相沉淀)设备外延的gan材料体内，c、h、o、si是最为主要的四种杂质，其中o杂质是作为施主杂质而存在的，会引入背景载流子和埋层电荷。因此，如何控制o杂质含量就成为了解决此问题的关键所在。

2、在整个外延过程中，会向gan体内注入o元素的一共有两个方面，一是载气中携带的氧，包括水蒸气、氧气等；另外一方面就是蓝宝石衬底扩散而来的氧。对于前一种因素，仅能通过对纯化器纯化能力的提高来实现；而对于如何控制蓝宝石衬底上扩散而来的氧，目前主要是通过在gan缓冲层中掺入c元素，c杂质在gan体内更多替代n原子作为受主杂质而存在，因此，它可以补偿一部分由氧杂质引入的背景电子。但在高压应力下也会捕获电子，造成沟道二维电子气部分耗尽，进而影响hemt器件的性能。

3、此外，在aln层中虽然也存在较高浓度的o杂质，但o杂质在aln(或高al组分的algan)内部不会引入施主能级，从而能有效的降低背景载流子浓度。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种耐高压低导通电阻gan hemt外延片的制备方法，解决gan hemt器件中的漏电问题。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种耐高压低导通电阻gan hemt外延片的制备方法，包括：

4、s1：在衬底上生长aln膜层，并在950～1100℃的载气气氛下处理衬底及aln膜层，

5、s2：降温并通入高纯nh3生长aln层，升温关闭高纯nh3，对aln层进行重结晶，

6、s3：通入tmin并生长aln/algan超晶格层，生长周期数为3～10，algan超晶格层中的al组分由70％～80％逐步降至50％～60％，

7、s4：通入tmin并生长algan层，algan层中的al组分为50％～60％，

8、s5：依次生长gan层、aln层以及algan层，其中algan层中的al组分为18％～30％。

9、上述技术方案优选地：所述载气为高纯h2、或者高纯n2中的一种或者两种的混合，其中高纯h2、高纯n2为纯度等于或高于99.999％的h2、n2。

10、上述技术方案优选地：采用三甲基镓作为ga源，作为algan层、gan层的金属有机源；

11、采用三甲基铝作为al源，作为aln层、algan层的金属有机源；

12、采用蓝宝石作为衬底。

13、上述技术方案优选地：在s1中aln膜层的厚度为15～30nm；

14、在s2中aln层的厚度为5～20nm；

15、在s3中aln层的厚度为2～5nm，algan层的厚度为4～10nm；

16、在s4中algan层的厚度为0.5～1.5um；

17、在s5中gan层的厚度为0.3～0.5um；aln层的厚度为1～2nm；algan层的厚度为15～30nm。

18、上述技术方案优选地：在s2中aln层的生长温度为750～1000℃，重结晶的温度为1000～1150℃；

19、在s3中aln/algan超晶格层的生长温度为1000～1150℃；

20、在s4中algan层的生长温度为1000～1150℃；

21、在s5中gan层的生长温度为1000～1100℃；aln层的生长温度为950～1100℃；algan层的生长温度为950～1100℃。

22、上述技术方案优选地：在s3中通入20～50sccm的tmin；

23、在s4中通入100～300sccm的tmin。

24、上述技术方案优选地：在s1中生长aln膜层后，放入mocvd反应室进行s2-s5的步骤。

25、上述技术方案优选地：在s2中重结晶时的反应压力为100～200torr。

26、上述技术方案优选地：在s1中，采用pvd方法溅射aln膜层。

27、本发明的另一个目的是提供一种耐高压低导通电阻gan hemt外延片。

28、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

29、一种耐高压低导通电阻gan hemt外延片，其包括依次生长的衬底层、aln膜层、aln层、aln/alxga1-xn超晶格层、alxga1-xn层、gan层、aln层以及alyga1-yn层。

30、上述技术方案优选地：所述的aln/alxga1-xn超晶格层包括位于下层的aln层、位于上层的alxga1-xn层。

31、上述技术方案优选地：所述的aln/alxga1-xn超晶格层设置有3-10层。

32、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

33、本发明通过在生长algan时通入一定量的tmin的方式，及通过采用新型缓冲层的生长方式，解决了厚膜algan的应力问题，从而实现了高al组分、高电阻的厚膜algan层，解决gan hemt器件的漏电问题。

34、本发明结构缓冲层中c含量小于5e16，减少了高压下c元素对二维电子气的部分耗尽，提高了器件动态性能；(002)面fwhm小于100arcsec，提高了gan的晶体质量；二维电子气的电阻也得到了较大的改善，从而可以实现高耐压、低导通电阻hemt器件。

技术特征：

1.一种耐高压低导通电阻gan hemt外延片的制备方法，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的耐高压低导通电阻gan hemt外延片的制备方法，其特征在于：所述载气为高纯h2、或者高纯n2中的一种或者两种的混合。

3.根据权利要求1所述的耐高压低导通电阻gan hemt外延片的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的耐高压低导通电阻gan hemt外延片的制备方法，其特征在于：在s1中aln膜层的厚度为15～30nm；

5.根据权利要求1所述的耐高压低导通电阻gan hemt外延片的制备方法，其特征在于：在s2中aln层的生长温度为750～1000℃，重结晶的温度为1000～1150℃；

6.根据权利要求1所述的耐高压低导通电阻gan hemt外延片的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的耐高压低导通电阻gan hemt外延片的制备方法，其特征在于：在s1中生长aln膜层后，放入mocvd反应室进行s2-s5的步骤。

8.根据权利要求1或7所述的耐高压低导通电阻gan hemt外延片的制备方法，其特征在于：在s2中重结晶时的反应压力为100～200torr。

9.根据权利要求1所述的耐高压低导通电阻gan hemt外延片的制备方法，其特征在于：在s1中，采用pvd方法溅射aln膜层。

10.一种耐高压低导通电阻gan hemt外延片，其特征在于：所述的外延片由权利要求1至9中任意一项权利要求所述的耐高压低导通电阻gan hemt外延片的制备方法制备而成，其包括依次生长的衬底层、aln膜层、aln层、aln/alxga1-xn超晶格层、alxga1-xn层、gan层、aln层以及alyga1-yn层。

技术总结本发明涉及一种耐高压低导通电阻GaN HEMT外延片及其制备方法，包括：在衬底上生长AlN膜层，并在载气气氛下处理衬底及AlN膜层，降温并通入高纯NH<subgt;3</subgt;生长AlN层，升温关闭高纯NH<subgt;3</subgt;，对AlN层进行重结晶，通入TMIn并生长AlN/AlGaN超晶格层，通入TMIn并生长AlGaN层，依次生长GaN层、AlN层以及AlGaN层。本发明通过在生长AlGaN时通入一定量的TMIn的方式，及通过采用新型缓冲层的生长方式，解决了厚膜AlGaN的应力问题，从而实现了高Al组分、高电阻的厚膜AlGaN层，解决GaN HEMT器件的漏电问题。技术研发人员：杨玉美受保护的技术使用者：浤湃半导体（苏州）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29