AlN势垒层、AlN/GaN HEMT外延结构及其生长方法专利检索-增强材料建筑材料专利检索查询-专利查询网

AlN势垒层、AlN/GaN HEMT外延结构及其生长方法

阅读：182发布：2020-05-08

专利汇可以提供AlN势垒层、AlN/GaN HEMT外延结构及其生长方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种AlN势垒层、AlN/GaN HEMT 外延结构及其生长方法，其中，AlN/GaN HEMT外延结构从下到上依次包括：生长衬底、位错过滤层、应力控制层、GaN薄层及AlN势垒层，其中，所述AlN势垒层中掺杂饵。由于铒的原子半径比Al大，稀土元素铒掺入AlN势垒层后，会在AlN材料中产生晶格畸变从而提高AlN势垒层的压电性能；另外，由于铒的电负性小，增加了AlN势垒层中的离子键比例，进一步增强了稀土掺杂AlN势垒层的压电系数和极化效应，使得掺铒的AlN势垒层厚度减薄后仍然可以获得高面密度的二维电子气。，下面是AlN势垒层、AlN/GaN HEMT外延结构及其生长方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种AlN/GaN HEMT外延结构中的AlN势垒层，其特征在于，所述AlN势垒层中掺杂饵。
2.如权利要求1所述的AlN势垒层，其特征在于，所述AlN势垒层的厚度为1～15nm。
3.如权利要求1或2所述的AlN势垒层，其特征在于，在所述AlN势垒层中，饵的掺杂浓度为1～2E20。
4.一种AlN/GaNHEMT外延结构，其特征在于，从下到上依次包括：生长衬底、位错过滤层、应力控制层、GaN薄层及如权利要求1或2或3所述的AlN势垒层。
5.一种AlN/GaNHEMT外延结构生长方法，其特征在于，应用于如权利要求4所述的AlN/GaNHEMT外延结构，所述AlN/GaNHEMT外延结构生长方法包括：
提供生长衬底；
于所述生长衬底表面依次生长错过滤层、应力控制层及GaN薄层；
于所述GaN薄层表面生长掺杂饵的AlN势垒层。
6.如权利要求5所述的AlN/GaNHEMT外延结构生长方法，其特征在于，所述AlN势垒层的厚度为1～15nm。
7.如权利要求5或6所述的AlN/GaNHEMT外延结构生长方法，其特征在于，在所述AlN势垒层中，饵的掺杂浓度为1～2E20。

说明书全文

AlN势垒层、AlN/GaN HEMT外延结构及其生长方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种AlN势垒层、AlN/GaN HEMT外延结构及其生长方法。

背景技术

[0002] 在应用于太兹范围的HEMT结构中，为了增强栅控能力以抑制短沟道效应，可以采用厚度在5nm～10nm的AlN势垒层，使得HEMT的栅极位置非常靠近二维电子气沟道，最大化栅极和二维电子气之间的静电耦合。但是，AlN和GaN之间存在2.4％的晶格失配，在GaN沟道层上，即使5nm厚度的薄AlN势垒层中也存在很大的张应力，容易产生密集微裂纹。进一步减薄AlN势垒层虽然可以减少张应力防止微裂纹的产生，但同时降低了二维电子气面密度，导致HEMT器件的功率密度下降。

发明内容

[0003] 为了克服以上不足，本发明提供了一种AlN势垒层、AlN/GaN HEMT外延结构及其生长方法，有效解决现有技术中AlN势垒层易产生密集微裂纹的技术问题。

[0004] 本发明提供的技术方案为：

[0005] 一种AlN/GaN HEMT外延结构中的AlN势垒层，所述AlN势垒层中掺杂饵。

[0006] 进一步优选地，所述AlN势垒层的厚度为1～15nm。

[0007] 进一步优选地，在所述AlN势垒层中，饵的掺杂浓度为1～2E20。

[0008] 本发明还提供了一种AlN/GaN HEMT外延结构，从下到上依次包括：生长衬底、位错过滤层、应力控制层、GaN薄层及上述AlN势垒层。

[0009] 本发明还提供了一种AlN/GaN HEMT外延结构生长方法，应用于上述AlN/GaN HEMT外延结构，所述AlN/GaN HEMT外延结构生长方法包括：

[0010] 提供生长衬底；

[0011] 于所述生长衬底表面依次生长错过滤层、应力控制层及GaN薄层；

[0012] 于所述GaN薄层表面生长掺杂饵的AlN势垒层。

[0013] 进一步优选地，所述AlN势垒层的厚度为1～15nm。

[0014] 在本发明提供的AlN势垒层、AlN/GaN HEMT外延结构及其生长方法中，由于铒的原子半径比Al大，稀土元素铒掺入AlN势垒层后，会在AlN材料中产生晶格畸变从而提高AlN势垒层的压电性能；另外，由于铒的电负性小，增加了AlN势垒层中的离子键比例，进一步增强了稀土掺杂AlN势垒层的压电系数和极化效应，使得掺铒的AlN势垒层厚度减薄后仍然可以获得高面密度的二维电子气。附图说明

[0015] 图1为本发明中HEMT外延结构示意图。

[0016] 附图标记：

[0017] 101-生长衬底，102-位错过滤层/应力控制层，103-GaN薄层，104-AlN势垒层。

具体实施方式

[0018] 为了更清楚地说明本发明实施案例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

[0019] 针对现有技术中AlN势垒层中容易产生密集微裂纹的问题，本发明提供了一种AlN/GaN HEMT外延结构中的AlN势垒层，该AlN势垒层中掺杂饵，饵的掺杂浓度为1～2E20，且该AlN势垒层的厚度为1～15nm。

[0020] 基于此，本发明还提供了一种AlN/GaN HEMT外延结构，如图1所示，该AlN/GaN HEMT外延结构从下到上依次包括：生长衬底101、位错过滤层/应力控制层102、GaN薄层103及AlN势垒层104，其中，位错过滤层为AlN缓冲层，应力控制层为AlGaN缓冲层，且位错过滤层和应力控制层的总厚度为500～2000nm；GaN薄层的厚度为500～5000nm。生长衬底101可以为硅衬底、蓝宝石衬底、SiC衬底等，且采用金属有机化学气相沉积的方法对该AlGaN/GaN HEMT外延结构进行生长。

[0021] 在一实例中，生长衬底为硅衬底，生长过程如下：

[0022] 1)将(111)晶向的硅衬底放入MOCVD反应室中，并于70torr压力、1050℃纯H2的条件下高温烘烤，去除硅衬底表面的氧化物；

[0023] 2)在70torr压力、1000℃温度下生长一层厚度为800nm的AlN/AlGaN多层缓冲层，其中，AlN层的厚度为200nm，AlGaN层的厚度为600nm；

[0024] 3)改变气氛至GaN生长条件，在200torr压力、1050℃温度下生长2000nm厚的GaN薄层；

[0025] 4)改变气氛至至AlN生长条件，在70torr压力、1030℃温度下，同时通入TRIPEr源，进行原位Er掺杂，流量为2000sccm，生长6nm厚的掺ErAlN势垒层，其中，TRIPEr源源温设置为70℃，完成AlN/GaNHEMT外延结构的生长。

[0026] 在一实例中，生长衬底为蓝宝石衬底，生长过程如下：

[0027] 1)将蓝宝石PSS衬底放入MOCVD反应室中，并于200torr压力、1050℃温度下进行高温烘烤处理，去除表面氧化物；

[0028] 2)在500torr压力、550℃温度下生长一层厚度为50nm的GaN缓冲层或AlGaN缓冲层；

[0029] 3)在500torr压力、1000℃温度的3DGaN条件，生长500nm的岛状3D GaN薄层；

[0030] 4)在150torr压力、1070℃温度的UGaN生长条件下生长2000nm的非掺杂UGaN层；

[0031] 5)改变气氛至至AlN生长条件，在70torr压力、1030℃温度下，同时通入TRIPEr源，进行原位Er掺杂，流量为2000sccm，生长6nm厚的掺ErAlN势垒层，其中，TRIPEr源源温设置为70℃，完成AlN/GaNHEMT外延结构的生长。

[0032] 应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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