[发明专利]用于高电子迁移率晶体管的高阻衬底以及生长方法

说明书

本发明提供了一种用于高电子迁移率晶体管的高阻衬底及其生长方法。所述衬底包括支撑衬底和支撑衬底表面的高阻层，所述高阻层材料为氮化物，其特征在于，所述高阻层中包含由多个掺杂层和多个非掺杂层交替设置的周期性结构，所述掺杂层的材料为含有深能级掺杂元素的氮化物。本发明的优点在于在保证深能级掺杂浓度导致高阻特性同时，也能很好地保证外延层优良的晶体质量。

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，尤其涉及一种用于高电子迁移率晶体管的高阻衬底以及生长方法。

背景技术

氮化物半导体如氮化镓(GaN)及其合金氮化铝镓(AlGaN)等是重要的宽禁带化合物半导体。由于具有大的禁带宽度、高的击穿电场，高的电子饱和漂移速度和峰值漂移速度，更重要的是AlGaN/GaN异质结界面形成有高电子浓度和高电子迁移率的二维电子气(2DEG)，因此氮化物半导体在高温、高频、大功率、抗辐射微波器件或高功率电子器件及其电路中有非常重要的应用前景。

为了实现氮化镓基高电子迁移率晶体管(HEMT)的夹断等性能，在氮化镓基HEMT器件材料结构中其导电沟道必须生长在半绝缘的氮化物(氮化镓和低铝组分的氮化铝镓)基板上，该氮化物基板的晶体质量和高阻特性直接影响器件的夹断特性、击穿电压、漏电流大小、寿命及可靠性等性能，因此应用于氮化镓基电子器件的半绝缘氮化物在金属有机物化学沉积(MOCVD)外延生长技术中至关重要。

为了实现氮化物的高阻半绝缘化，需在氮化物中引入深能级杂质来陷住导电载流子。在MOCVD生长技术中，通常有两种方法来实现：一种是通过调节生长条件，利用金属有机源(MO)，调节生长气氛中的C杂质，进行生长过程中非有意地掺杂，使C杂质在氮化镓材料中形成深能级，从而实现高阻特性。但这种方法对外延生长条件要求较苛刻，生长窗口较窄，且不是氮化物的最佳晶体质量生长条件。第二种方法是通过在MOCVD外延生长过程中有意地掺入一定浓度的深能级杂质，如Fe、Mn、Cu、Co等。这种方法由于其在氮化物中固溶度的限制，不能随意掺杂很高的浓度，否则会引起其上生长的其他外延层的晶体质量的下降，反而恶化器件电性能如漏电流增大、不耐压、频率降低。因此，为了提高氮化镓基高电子迁移率晶体管器件的夹断开关特性、减小电流泄露，提高工作电压，增强其稳定性及可靠性，发展一种高晶体质量、高电阻率半绝缘的氮化物外延生长技术是必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于高电子迁移率晶体管的高阻衬底以及生长方法，能够同时满足高阻和晶体质量的要求。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于高电子迁移率晶体管的高阻衬底，包括支撑衬底和支撑衬底表面的高阻层，所述高阻层材料为氮化物，其特征在于，所述高阻层中包含由多个掺杂层和多个非掺杂层交替设置的周期性结构，所述掺杂层的材料为含有深能级掺杂元素的氮化物。

可选的，所述高阻层中的掺杂层和非掺杂层的材料各自独立地选自于GaN、Al组分小于15％的AlGaN、以及AlGaInN中的任意一种。

可选的，所述深能级掺杂元素选自于Fe、Mn、Co、Ni、Cu、以及C中的一种或其组合。

可选的，所述深能级掺杂元素的掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3～7×10¹⁹cm^-3。

可选的，所述多个掺杂层和多个非掺杂层交替设置的周期为3～1000周期。

可选的，所述支撑衬底和高阻层之间进一步包括缓冲层。

本发明进一步提供了一种用于高电子迁移率晶体管的高阻衬底的生长方法，所述衬底包括支撑衬底和支撑衬底表面的高阻层，所述高阻层材料为氮化物，其特征在于，所述高阻层的生长工艺包括如下步骤的交替实施；

采用金属氧化物化学气相沉积的方法生长氮化物材料作为非掺杂层；