HEMT外延片及其制备方法、HEMT与流程

本发明涉及光电，尤其涉及一种hemt外延片及其制备方法、hemt。

背景技术：

1、随着半导体产业的不断升级发展，传统的si基功率半导体器件已进入性能瓶颈期。以氮化镓(gan)为代表的第三代宽禁带氮化物半导体材料性能为微波功率半导体器件提供了坚实的基础，使得氮化镓基材料与hemt器件在高功率和高频率应用方面具有卓越的优势，迅速成为国际研究的热点。基于第三代半导体材料的电子器件将广泛应用于激光雷达、5g通信、新能源汽车、数据中心等场景。制作高质量、低温低电阻率欧姆接触是gan基器件的关键技术之一。

2、基于algan/gan异质结的高电子迁移率晶体管(high electron mobilitytransistor，hemt)具有低导通电阻、高击穿电压、高开关频率等优势，因此能够在各类电力转换系统中作为核心器件使用，在节能减耗方面有重要的应用前景。高漏电电流、低击穿电压仍是其最大的短板。目前提高硅基hemt器件性能的方法主要是增加衬底上gan缓冲层的厚度，然而这种方法难以控制，良品率低且成本高。而且，并不完全绝缘的硅衬底会提供电子给缓冲层，衬底电子进入缓冲层增加了缓冲层漏电电流，从而造成硅基hemt器件缓冲层高漏电电流，进而容易发生击穿，造成器件损坏。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，提供一种hemt外延片，其能限制外延层与衬底形成电子移动通道，具有更好的晶格质量，并降低静电击穿风险。

2、本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种hemt外延片的制备方法，其工艺简单，能够稳定制得发光效率良好的hemt外延片。

3、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种hemt外延片，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的静电保护层、缓冲层、高阻层、沟道层、势垒层、耗尽层和gan帽层；

4、所述静电保护层包括依次层叠在所述衬底上的金属层和mg掺杂的aln层，si掺杂的gan/si3n4超晶格层和a掺杂的bn层，其中，a包括c、o和al中的一种或多种组合；所述金属层中的金属包括al、mo、ge和sc中的一种或多种组合。

5、在一种实施方式中，所述金属层中的金属包括al、mo、ge和sc中的一种或多种组合；

6、所述金属层的厚度为5nm～10nm。

7、在一种实施方式中，所述mg掺杂的aln层的mg掺杂浓度为1×1018atoms/cm3～3×1020atoms/cm3；

8、所述mg掺杂的aln层的厚度为100nm～500nm。

9、在一种实施方式中，所述si掺杂的gan/si3n4超晶格层的si掺杂浓度为1×1014atoms/cm3～3×1015atoms/cm3；

10、在一种实施方式中，所述si掺杂的gan/si3n4超晶格层包括交替层叠的gan层和si3n4层，交替层叠的周期数为3～4；

11、所述gan层的厚度为10nm～20nm；

12、所述si3n4层的厚度为10nm～20nm。

13、在一种实施方式中，所述a掺杂的bn层的a掺杂浓度为1×1016atoms/cm3～3×1018atoms/cm3。

14、所述a掺杂的bn层的厚度为30nm～100nm。

15、在一种实施方式中，所述mg掺杂的aln层的生长温度为650℃～900℃；

16、所述si掺杂的gan/si3n4超晶格层的生长温度为1020℃～1120℃；

17、所述a掺杂的bn层的生长温度为950℃～1010℃。

18、在一种实施方式中，所述mg掺杂的aln层的生长压力为260torr～500torr；

19、所述si掺杂的gan/si3n4超晶格层的生长压力为100torr～200torr；

20、所述a掺杂的bn层的生长压力为50torr～200torr。

21、为解决上述问题，本发明提供了一种hemt外延片的制备方法，包括以下步骤：

22、s1、准备衬底；

23、s2、在所述衬底上依次沉积静电保护层、缓冲层、高阻层、沟道层、势垒层、耗尽层和gan帽层；

24、所述静电保护层包括依次层叠在所述衬底上的金属层和mg掺杂的aln层，si掺杂的gan/si3n4超晶格层和a掺杂的bn层，其中，a包括c、o和al中的一种或多种组合；所述金属层中的金属包括al、mo、ge和sc中的一种或多种组合。

25、相应地，本发明还提供了一种hemt，所述hemt包括上述的hemt外延片。

26、实施本发明，具有如下有益效果：

27、本发明提供的hemt外延片，其在衬底和缓冲层之间插入特定结构的静电保护层，所述静电保护层包括依次层叠在所述衬底上的金属层和mg掺杂的aln层，si掺杂的gan/si3n4超晶格层和a掺杂的bn层。

28、所述金属层能够减少晶格失配，并降低与si衬底的热失配，减少裂纹，提高成品率和减少电子移动通道。所述mg掺杂的aln层与si掺杂的gan/si3n4超晶格层接触形成pn结，可以通过改变电场分布，阻止硅衬底与所述si掺杂的gan/si3n4超晶格层形成反型电子层，从而阻止硅衬底的电子进入外延层，减少静电击穿的风险，进而器件不易发生击穿和损坏。此外，所述a掺杂的bn层能够降低禁带宽度结构，减少硅衬底电子移动速度，同时bn层的b原子体积较小，能够插入或填充位错造成的空白位置，b原子也起到一定的定位作用，避免位错继续延伸，减少了漏电通道。在所述静电保护层的上述四个子层的共同作用下，最终实现了限制外延层与衬底形成电子移动通道，得到更好的晶格质量，并降低静电击穿风险。

技术特征：

1.一种hemt外延片，其特征在于，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的静电保护层、缓冲层、高阻层、沟道层、势垒层、耗尽层和gan帽层；

2.如权利要求1所述的hemt外延片，其特征在于，所述金属层的厚度为5nm～10nm。

3.如权利要求1所述的hemt外延片，其特征在于，所述mg掺杂的aln层的mg掺杂浓度为1×1018atoms/cm3～3×1020atoms/cm3；

4.如权利要求1所述的hemt外延片，其特征在于，所述si掺杂的gan/si3n4超晶格层的si掺杂浓度为1×1014atoms/cm3～3×1015atoms/cm3。

5.如权利要求1所述的hemt外延片，其特征在于，所述si掺杂的gan/si3n4超晶格层包括交替层叠的gan层和si3n4层，交替层叠的周期数为3～4；

6.如权利要求1所述的hemt外延片，其特征在于，所述a掺杂的bn层的a掺杂浓度为1×1016atoms/cm3～3×1018atoms/cm3；

7.如权利要求1所述的hemt外延片，其特征在于，所述mg掺杂的aln层的生长温度为650℃～900℃；

8.如权利要求1所述的hemt外延片，其特征在于，所述mg掺杂的aln层的生长压力为260torr～500torr；

9.一种如权利要求1～8任一项所述的hemt外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种hemt，其特征在于，所述hemt包括如权利要求1～8任一项所述的hemt外延片。

技术总结
本发明公开了一种HEMT外延片及其制备方法、HEMT，所述HEMT外延片包括衬底及依次层叠于所述衬底上的静电保护层、缓冲层、高阻层、沟道层、势垒层、耗尽层和GaN帽层；所述静电保护层包括依次层叠在所述衬底上的金属层和Mg掺杂的AlN层，Si掺杂的GaN/Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;超晶格层和A掺杂的BN层。本发明提供的HEMT外延片能限制外延层与衬底形成电子移动通道，具有更好的晶格质量，并降低静电击穿风险。

技术研发人员：郑文杰,程龙,高虹,刘春杨,胡加辉,金从龙
受保护的技术使用者：江西兆驰半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14