[发明专利]高阻GaN基缓冲层外延结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高阻GaN基缓冲层外延结构，包括GaN缓冲层、包含高阻Al_xGa_1‑xN异质结的多量子阱层、AlN成核层和衬底；所述包含高阻Al_xGa_1‑xN异质结的多量子阱层中，每个多量子阱周期中包含高Al组分Al_aGa_1‑aN层，Al组分递减Al_uGa_1‑uN层，所述多量子阱周期n的个数为10‑100个。本发明提供了一种高阻GaN基缓冲层外延结构及其制备方法，不用担心污染反应室，而且可以获得高质量的高阻GaN基缓冲层。

技术领域

本发明涉及晶体管，尤其涉及氮化镓基高电子迁移率晶体管。

背景技术

高质量高阻值的GaN基缓冲层的生长是GaN基高电子迁移率场效应晶体管(HighElectron Mobility Transistor，HEMT)器件外延生长的关键技术。HEMT器件结构中GaN基缓冲层的漏电不仅会恶化器件工作时候的夹断性能，使栅极电压控制沟道电流的能力减弱从而恶化器件的整体性能，同时缓冲层中的漏电还会增加器件的发热量，使器件输出特性变差影响器件的可靠性和使用寿命，因此GaN缓冲层漏电是困扰GaN基HEMT器件性能提高的一个难题。为了获得良好的器件特性和提高器件的可靠性必须生长高阻值半绝缘的GaN基缓冲层减少器件的寄生漏电流。另外缓冲层的位错密度直接影响HEMT器件的二维电子气迁移率从而影响器件的导通电阻，因此高质量的缓冲层也是提高器件性能的重要指标。

通常采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长的GaN基外延材料时由于氮空位，氧掺杂等缺陷存在，非故意掺杂的本征GaN具有较高的背景电子浓度(1016-1017/cm³左右)，所以必须想办法减少GaN基外延材料的背景载流子浓度才能获得高阻值的GaN基缓冲层。一般获得高阻值GaN基外延材料的方法有两种：一种是通过控制在MOCVD中生长GaN过程的参数包括反应室气压，生长温度，生长速率，V/III比等，增加外延材料中的p-型杂质或缺陷能级补偿背景电子浓度获得高阻值GaN层；另一种方法是通过在GaN的外延生长中通入Fe，Cr，Mg等金属元素形成深能级缺陷或提供空穴补偿剩余载流子从而获得高阻值的GaN层；第一种方法是通过引入缺陷杂质获得高阻值GaN外延层，因此外延层的质量会变差，同时通过控制生长条件获得高阻值GaN方法的设备依赖性较强，重复性也较差；第二种方法引入金属杂质具有记忆效应会污染反应室需要有一台MOCVD专门生长高阻GaN而且引入杂质会使沟道2DEG的迁移率下降影响器件特性。

由于III族氮化物(AlN，GaN和InN)的纤锌矿结构的空间反演不对称性以及氮原子和III族金属原子巨大的电负性差，GaN及其合金化合物具有很强的极性。本发明中利用AlN和GaN材料之间较大的极化强度差值(0.081C/m^2-0.029C/m^2)，在生长Ga-面GaN基材料中通过生长组分逐渐减小(或增加)的AlxGa1-xN材料由于极化强度的变化可以在材料中形成剩余的极化负电荷(或正电荷)，从而在生长方向形成一定分布的极化电荷区域。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种高阻GaN基缓冲层外延结构及其制备方法，不用担心污染反应室，而且可以获得高质量的高阻GaN基缓冲层。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种高阻GaN基缓冲层外延结构，包括由下至上层叠设置的：衬底、AlN成核层、包含高阻Al_xGa_1-xN异质结的多量子阱层和高阻GaN缓冲层；

所述包含高阻Al_xGa_1-xN异质结的多量子阱层中，每个多量子阱周期中包含高Al组分Al_aGa_1-aN层，Al组分递减Al_uGa_1-uN层，所述多量子阱周期n的个数为10-100个。