[发明专利]基于III族氮化物同质外延的HEMT结构、其制备方法及应用

说明书

本申请公开了一种基于III族氮化物同质外延的HEMT结构、其制备方法及应用。所述HEMT结构的制备方法包括：对半绝缘性III族氮化物单晶衬底的表面进行重构，以去除所述衬底吸收有杂质的表层部分，之后在所述衬底上生长高平整度、高电阻率的绝缘性III族氮化物层，完成对所述衬底表面的修复，然后在所述衬底上生长HEMT器件的外延结构。利用本申请的技术方案可以获得高质量的同质外延III族氮化物层，彻底解决III族氮化物单晶衬底与同质外延层界面处的施主杂质所引起的界面态质量低等问题，利于充分发挥III族氮化物同质外延半导体器件的优秀性能，例如可以使HEMT器件的开关响应速度、耐压性能等得到显著提升。

技术领域

本申请涉及一种HEMT器件的制备方法，具体涉及一种基于III族氮化物同质外延的HEMT结构、其制备方法及应用，属于半导体技术领域。

背景技术

目前常用于制备半导体材料的方法主要有异质外延、同质外延法等。其中异质外延法成本较低，但工艺复杂，而且由于生长的半导体材料与衬底往往存在晶格不匹配等问题，使制得的半导体材料一般缺陷较多。在衬底与半导体材料之间生长缓冲层能在一定程度上缓解异质外延中的前述问题，但异质外延使用缓冲层易形成漏电通道，同时异质外延还会影响半导体器件的开关速度和高频特性，降低半导体器件的可靠性，这些问题限制了异质外延在高电子迁移率晶体管(HEMT)制程中的应用。同质外延法可以有效克服异质外延法的上述不足，但是其在一些方面仍有待改进。以基于GaN单晶衬底的同质外延法为例，在进行同质外延时，GaN单晶衬底会从空气中吸收C、O和其他施主杂质，降低衬底与同质外延层的界面态的质量，这会阻碍GaN衬底同质外延HEMT器件的高性能发挥和应用。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种基于III族氮化物同质外延的HEMT结构、其制备方法及应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本申请采用的技术方案包括：

本申请的一个方面提供了一种III族氮化物单晶衬底的表面重构方法，其包括：

(1)将半绝缘性III族氮化物单晶衬底置入生长腔室，并使所述生长腔室内形成H₂、N₂与NH₃的混合气氛，且将所述生长腔室内的气压、温度分别调整为第一气压、第一温度；

(2)在所述第一气压及第一温度下，向所述生长腔室内输入H₂、N₂和NH₃，并通过改变其中N₂、NH₃的输入量以变换所述生长腔室内的气氛，直至完成对所述III族氮化物单晶衬底的表面重构。

本申请的另一个方面提供了一种III族氮化物单晶衬底的表面修复方法，其包括：

S1、采用所述的III族氮化物单晶衬底表面重构方法对III族氮化物单晶衬底进行表面重构；

S2、在生长腔室内，于第二气压及第二温度下，利用III族金属源、氮源和第二掺杂源在经步骤S1处理的III族氮化物单晶衬底上生长形成平整的绝缘III族氮化物层；

其中，所述第二气压低于第一气压，所述第二温度高于第一温度。

本申请的又一个方面提供了一种基于III族氮化物同质外延的HEMT结构的制备方法，其包括：采用所述的III族氮化物单晶衬底表面修复方法对III族氮化物单晶衬底进行表面修复，之后在所述III族氮化物单晶衬底上生长HEMT器件的外延结构。

本申请的再一个方面提供了一种III族氮化物单晶衬底，它可以由所述的III族氮化物单晶衬底表面重构方法或所述的III族氮化物单晶衬底表面修复方法制备。

本申请的再一个方面提供了一种基于III族氮化物同质外延的HEMT结构，它可以由所述的基于III族氮化物同质外延的HEMT结构制备方法。