[发明专利]用于高电子迁移率晶体管的异质结构及其生产方法

说明书

本文件公开了一种用于高电子迁移率晶体管(HEMT)的异质结构。异质结构包括SiC衬底、形成在SiC衬底上的In_xAl_yGa_1‑x‑yN成核层(12)，其中x＝0‑1，y＝0‑1，优选x0.05且y0.50，更优选x0.03且y0.70，以及最优选x0.01且y0.90。异质结构还包括形成在In_xAl_yGa_1‑x‑yN成核层上的GaN沟道层。GaN沟道层的厚度是50至500nm、优选100至450nm、最优选150至400nm。根据通过X‑线散射XRD所确定的，GaN沟道层呈现其中(002)峰具有低于300弧秒的FMHW的摇摆曲线，以及其中(102)峰具有低于400弧秒的FMHW的摇摆曲线。根据通过原子力显微镜AFM所确定的，异质结构(1)最上层的表面表现出原子台阶流形态，在10μm²的扫描面积上均方根粗糙度低于1.8nm，优选低于1.4nm，最优选低于1nm，在3μm²的扫描面积上均方根粗糙度低于1nm，优选低于0.7nm，最优选低于0.4nm。

技术领域

本公开涉及用于半导体器件的异质结构及其生产方法。

背景

在Appl.Phys.Lett.,69,1438(1996)中，Y.-F.Wu等人公开了一种适于制造高电子迁移率(HEMT)器件的AlGaN/GaN异质结构。异质结构包括生长在蓝宝石衬底上的GaN成核层和GaN沟道层。GaN沟道层的厚度约为0.3至0.4μm。众所周知，这种异质结构的形态很差，如Lugani等人在Journal of Applied Physics 113,214503(2013)中示出的，其显示了示出具有大量缺陷的不良形态的AFM图像。

SiC衬底与蓝宝石衬底相比具有更高的热导率，且因此优选用于HEMT器件。然而，与在蓝宝石衬底上生长异质结构相比，在SiC衬底上生长异质结构更加困难。

在Applied Physics Express 8,111001(2015)中，公开了一种异质结构，其中AlGaN/GaN异质结构生长在SiC衬底上。该异质结构中GaN沟道层的厚度为500nm。基于这种材料的低电流密度，可以预期二维电子气(2DEG)特性受到材料质量的限制。

需要薄的异质结构，以降低热阻，增强载流子限制，降低缓冲相关的俘获效应，并减少异质结构的生产时间。还希望提供一种异质结构，其具有类似的或者甚至更好的晶体质量和/或形态。

概述

本发明的目的是提供一种异质结构，该异质结构在一个或更多个上述特性方面得到改进。

本发明由所附独立权利要求限定，实施例在所附从属权利要求、以下描述和附图中被阐述。

根据第一方面，提供了一种用于高电子迁移率晶体管(HEMT)的异质结构，该异质结构包括SiC衬底、形成在该SiC衬底上的In_xAl_yGa_1-x-yN成核层，其中，x＝0-1，y＝0-1，优选x0.05且y0.50，更优选x0.03且y0.70，最优选x0.01且y0.90，以及形成在该In_xAl_yGa_1-x-yN成核层上的GaN沟道层。在异质结构中，GaN沟道层的厚度是50至500nm，优选100至450nm，最优选150至400nm，根据通过X-线散射XRD所确定的，GaN沟道层呈现其中(002)峰具有低于300弧秒的FMHW的摇摆曲线(rocking curve)，以及其中(102)峰具有低于400弧秒的FMHW的摇摆曲线，并且，根据通过原子力显微镜AFM所确定的，异质结构的最上层的表面表现出原子台阶流形态，在10μm²的扫描面积上均方根粗糙度低于1.8nm，优选低于1.4nm，最优选低于1nm，在3μm²的扫描面积上均方根粗糙度低于1nm，优选低于0.7nm，最优选低于0.4nm。