[实用新型]一种氮化镓外延结构

说明书

本实用新型涉及半导体技术领域，公开了一种氮化镓外延结构，包括：衬底和外延层，所述衬底为腐蚀蓝宝石衬底，所述腐蚀蓝宝石衬底顶面设有岛状低温缓冲层，所述低温缓冲层顶面设有中温缓冲层，所述中温缓冲层顶面设有高温外延层，本实用新型通过腐蚀后的蓝宝石衬底，可以大大降低位错密度。此外腐蚀坑的中空结构可以释放应力，提高外延层的质量，同时中温缓冲层是以三维模式生长的，而再恢复高温生长时会迅速转变为二维模式，并且外延层表面光滑平整，可以生长出位错密度较低的表面形貌明显提高的GaN薄膜。

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体为一种氮化镓外延结构。

背景技术

氮化镓(GaN)材料具有热稳定性高、抗辐射和耐腐蚀性优异、击穿场强大和高电子迁移速率快等优点，非常适合用于高频，高压高功率器件的制作。氮化镓基高电子迁移率场效应晶体管是目前最常用的的氮化镓基电子器件结构。氮化镓基HEMT是利用AlGaN层和GaN层的极化强度和禁带宽度的差异，在AlGaN/GaN异质结界面形成具有高浓度和高迁移率的二维电子气，从而形成具有通态电阻小，工作频率高器件耐压高的大功率场效应晶体管。

经检索，公开号为：CN110993689A的中国发明专利，公开了一种氮化镓器件的外延结构，包括衬底、低温成核层、缓冲层、高阻层、沟道层以及势垒层，其中，缓冲层是由GaN1/SiN/GaN2循环生长组成，包括GaN1晶核层、网状结构SiN薄层、GaN2填平层，主要通过控制这三子层生长环境中的NH3总量来控制其生长模式的不同，本发明通过循环生长GaN1/SiN/GaN2缓冲层可以大幅度降低材料的位错密度，提高晶格质量，从而提升HEMT器件的电子迁移率、击穿电压以及漏电流等特性。

由对上述现有技术的分析可知，由于氮化镓HEMT器件与碳化硅衬底、蓝宝石衬底或单晶硅衬底之间均存在较大的晶格失配，即使有成核层与AlGaN或GaN缓冲层在衬底与GaN层之间起到缓冲作用，最终生长得到的GaN层的晶体质量也不够好，进而影响HEMT的质量，这样就会降低器件击穿电压，减小电子迁移率，从而使当前氮化镓HEMT器件的性能远低于理论极限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种氮化镓外延结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种氮化镓外延结构，包括：衬底和外延层，所述衬底为腐蚀蓝宝石衬底，所述腐蚀蓝宝石衬底顶面设有岛状低温缓冲层，所述低温缓冲层顶面设有中温缓冲层，所述中温缓冲层顶面设有高温外延层。

进一步的，所述腐蚀蓝宝石衬底为化学腐蚀蓝宝石衬底，尺寸范围为2-8inch。

进一步的，所述岛状低温缓冲层为GaN缓冲层，所述岛状低温缓冲层生长温度为500-600℃，所述岛状低温缓冲层的形核形状呈顶部尺寸小底部尺寸小的梯形岛状，所述岛状低温缓冲层的厚度范围为：15-20nm。

进一步的，所述中温缓冲层为GaN缓冲层，所述中温缓冲层的生长温度为750-850℃，所述中温缓冲层的厚度范围为：15-20nm。

进一步的，所述高温外延层为GaN外延层，所述高温外延层的生长温度为1000-1050℃。

进一步的，所述腐蚀蓝宝石衬底腐蚀后的顶面上形成有凹坑，所述岛状低温缓冲层生长时，横向生长速度是纵向生长速度的十倍以上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：