GaNHEMT外延片结构和半导体器件的制作方法

本技术涉及半导体设备，尤其涉及gan hemt外延片结构和半导体器件。

背景技术：

1、gan是最重要的宽带隙半导体材料之一，特殊的优良光电性能和机械性能使其在高功率电子器件等领域、高压电子器件领域有广泛的应用前景。

2、目前，普遍采用的gan生长方式是在蓝宝石衬底上进行异质外延(使用机台mocvd)。但是，蓝宝石材料与gan材料之间存在较大的晶格失配和热失配问题，使得gan外延层中的失配位错密度较高，这种位错会降低载流子的迁移率，并加剧半导体器件的电流泄露程度，严重影响着gan材料的晶体质量，002面102面结晶质量较差，同时表面电阻值较高。

3、而对于algan/gan hemt器件来说，基于algan和gan之间的大导带不连续性，包括自发极化和压电极化的存在，会形成一个三角势阱，进而在algan/gan界面形成高密度的二维电子气(1013cm-2量级)，影响gan hemt外延片结构和半导体器件的性能。

4、如何通过提高二维电子气浓度和迁移率的乘积来有效提高高功率开关器件的性能，获得低导通电阻，是摆在当下的一大难题。

技术实现思路

1、本实用新型的一个优势在于提供一种gan hemt外延片结构和半导体器件，其中外延片结构采用新型的hemt结构，即高温algan层/高温inaln层/无掺杂u-gan单晶主体层/低温多晶gan层/低温inaln层/溅射薄膜层/蓝宝石衬底层，能够从整体上改善半导体外延片的晶体质量，增强高温algan层和无掺杂u-gan单晶主体层之间的极化效应和减少界面散射，达到增加二维电子气浓度和迁移率，实现降低导通电阻的目的。

2、本实用新型的一个优势在于提供一种gan hemt外延片结构和半导体器件，其中溅射薄膜层能够有效缓解蓝宝石衬底层和无掺杂u-gan单晶主体层之间的应力失配，低温inaln层能够有效减少溅射薄膜层产生的位错，高温inaln层能够为后续高温algan层生长形成过渡，还能够进一步减少无掺杂u-gan单晶主体层和高温algan层之间的应力，从整体上改善半导体外延片的晶体质量。

3、为达到本实用新型以上至少一个优势，第一方面，本实用新型提供一种gan hemt外延片结构，包括蓝宝石衬底层以及在所述蓝宝石衬底层上依次设置的缓冲层、无掺杂u-gan单晶主体层、高温inaln层和高温algan层，其中所述缓冲层包括依次设置的溅射薄膜层、低温inaln层和低温多晶gan层，其中所述溅射薄膜层靠近所述蓝宝石衬底层。

4、根据本实用新型一实施例，所述溅射薄膜层为aln薄膜。

5、根据本实用新型一实施例，所述溅射薄膜层的厚度为15nm～30nm。

6、根据本实用新型一实施例，所述低温inaln层的厚度为5nm～20nm。

7、根据本实用新型一实施例，所述低温多晶gan层的厚度为20nm～40nm。

8、根据本实用新型一实施例，所述无掺杂u-gan单晶主体层的厚度为2um～4um。

9、根据本实用新型一实施例，所述高温inaln层的厚度为1nm～5nm。

10、根据本实用新型一实施例，所述高温algan层的厚度为10nm～30nm。

11、第二方面，本实用新型还提供了一种半导体器件，包括：

12、如前述gan hemt外延片结构。

13、本实用新型的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，得以充分体现。

技术特征：

1.gan hemt外延片结构，其特征在于，包括蓝宝石衬底层以及在所述蓝宝石衬底层上依次设置的缓冲层、无掺杂u-gan单晶主体层、高温inaln层和高温algan层，其中所述缓冲层包括依次设置的溅射薄膜层、低温inaln层和低温多晶gan层，其中所述溅射薄膜层靠近所述蓝宝石衬底层。

2.如权利要求1所述gan hemt外延片结构，其特征在于，所述溅射薄膜层为aln薄膜。

3.如权利要求2所述gan hemt外延片结构，其特征在于，所述溅射薄膜层的厚度为15nm～30nm。

4.如权利要求2或3所述gan hemt外延片结构，其特征在于，所述低温inaln层的厚度为5nm～20nm。

5.如权利要求4所述gan hemt外延片结构，其特征在于，所述低温多晶gan层的厚度为20nm～40nm。

6.如权利要求5所述gan hemt外延片结构，其特征在于，所述无掺杂u-gan单晶主体层的厚度为2um～4um。

7.如权利要求6所述gan hemt外延片结构，其特征在于，所述高温inaln层的厚度为1nm～5nm。

8.如权利要求7所述gan hemt外延片结构，其特征在于，所述高温algan层的厚度为10nm～30nm。

9.半导体器件，其特征在于，包括：

技术总结
本申请公开GaN HEMT外延片结构和半导体器件，属于半导体设备技术领域，其中GaN HEMT外延片结构包括蓝宝石衬底层以及在所述蓝宝石衬底层上依次设置的缓冲层、无掺杂U‑GaN单晶主体层、高温InAlN层和高温AlGaN层，其中所述缓冲层包括依次设置的溅射薄膜层、低温InAlN层和低温多晶GaN层，其中所述溅射薄膜层靠近所述蓝宝石衬底层。本申请提供的GaN HEMT外延片结构能够从整体上改善半导体外延片的晶体质量，增强高温AlGaN层和无掺杂U‑GaN单晶主体层之间的极化效应和减少界面散射，达到增加二维电子气浓度和迁移率，实现降低导通电阻的目的。

技术研发人员：宋辉
受保护的技术使用者：远山新材料科技有限公司
技术研发日：20221108
技术公布日：2024/1/12