[发明专利]具有氮化镓系高阻层的HEMT及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子器件材料制备领域，具体涉及一种通过引入铟空位，获得的具有氮化镓系高阻层的HEMT及制备方法。

背景技术

以氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体材料在制备电力电子器件方面具有很多优势，他们具有使电力电子器件速度更快而能耗更小，击穿电压更高而通态电阻更小，效率更高而体积更小，且能在高温、强辐射的环境中工作。但是通过MOCVD和MBE外延生长得到的氮化镓层往往具有很高的n型载流子浓度，使氮化镓缓冲层的电阻率降低。高阻氮化镓缓冲层，对于高温、高频大功率微电子器件来说极其重要，如HEMT或MESFET。如果高阻氮化镓层电阻率不够高，源漏电流除了从沟道层流过之外，还会有部分从沟道层下的氮化镓缓冲层流过，这就产生了电流泄漏。缓冲层产生的电流不仅使器件的性能变差，没有稳定的工作状态，使器件不存在三个工作区(饱和区、放大区和截止区)，而且在器件中会产生大量的热能，使器件的温度升高，输出性能进一步恶化，同时也会影响了器件的使用寿命。

现在获得高阻氮化镓层的方法包括离子注入法、P型杂质补偿法、本征生长法等，但这些方法都存在着一些问题。离子注入法是通过破坏晶格引入深能级获得高阻，首先它破坏了品格使晶体质量变差，更重要的是在高温退火下，品格恢复，电阻也随之降低从而失去高阻特性。P型杂质补偿法是在材料外延生长过程中引入Fe、C等杂质获得高阻层。但是铁掺杂存在记忆效应，很难控制铁杂质的浓度。碳掺杂在低温低压下易进行，而低温低压下得到的外延层的晶体质量会变差。如果能够生长出本征的氮化镓，那么材料一定是高阻的，根据计算本征氮化镓的载流子浓度约为10^-10cm^-3，接近于零。但生长本征氮化镓材料很困难，难以实现。因此如何获得高阻氮化镓层仍是电力电子器件研制中的一个很大的问题。

大量研究表明，大量氮空位的存在是MOCVD和MBE外延生长得到的氮化镓层具有很高的n型背景载流子浓度的主要原因。本发明针对氮空位造成n型背景载流子浓度增大的问题，提出先生长InGaN层，然后通过高温退火，破坏In-N键，产生铟空位，在退火重结晶过程中，铟空位补偿氮空位从而降低外延层中氮空位的浓度，以此来降低n型背景杂质的浓度，从而提高外延层电阻。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有氮化镓系高阻层的HEMT及制备方法，其是先生长In_xGa_1-xN层，通过高温退火打破In-N键获得铟空位，在退火重结晶过程中铟空位补偿氮空位，实现降低氮空位浓度，降低背景载流子浓度，获得高阻层。

本发明提供一种具有氮化镓系高阻层的HEMT，其包括：

一衬底；

一氮化镓成核层，该氮化镓成核层生长在衬底上；

一高阻层，该高阻层生长在氮化镓成核层上；

一氮化镓沟道层，该氮化镓沟道层生长在高阻层上；

一氮化铝插入层，该氮化铝插入层生长在氮化镓沟道层上；

一势垒层，该势垒层成分为氮化镓铝，生长在氮化铝插入层上；

一帽层，其生长在势垒层上；

一源极，其制作在帽层上面的一侧；

一漏极，其制作在帽层上面的另一侧；

一栅极，其制作在帽层上面，源极和漏极之间；

该源极、漏极和栅极彼此分开。

本发明还提供一种一种具有氮化镓系高阻层的HEMT的制备方法，其包括如下步骤：

步骤1：在一衬底上制作氮化镓成核层；

步骤2：在氮化镓成核层上反复采用生长In_xGa_1-xN薄层+高温退火的方式，形成高阻层；

步骤3：在高阻层上依次生长氮化镓沟道层、氮化铝插入层、势垒层和帽层；

步骤4：在帽层上面的一侧制作源极，在帽层上面的另一侧制作漏极；

步骤5：在帽层上面，源极和漏极之间制作栅极；

其中该源极、漏极和栅极为彼此分开。

本发明的有益效果是，通过反复生长In_xGa_1-xN薄层+高温退火的方式获得了高阻层，从而抑制了源漏电流从沟道层下面的氮化镓层流过，抑制了泄漏电流，提高了器件的性能，使器件的工作状态更加稳定；而且通过抑制泄漏电流，减少了器件的发热，提高了器件的寿命，这对于HEMT等高频大功率器件来说非常重要。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例详细说明如下，其中：