[发明专利]氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片及其制备方法

说明书

本公开提供了一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片及其制备方法，属于半导体技术领域。所述氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片包括衬底以及层叠在所述衬底上的缓冲层、高阻缓冲层、沟道层、AlGaN势垒层和帽层，所述帽层包括交替生长的第一子层和第二子层，所述第一子层为GaN层，所述第二子层为InGaN层，所述第一子层和所述第二子层中均掺杂有主掺杂元素，所述主掺杂元素为Be或Mg，所述第二子层中还掺杂有辅助掺杂元素，所述辅助掺杂元素为O、Mg、Si或Zn。该氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片可以减少络合物的产生，降低帽层中P型掺杂剂的激活能，从而获得高掺杂浓度的P型帽层。

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，特别涉及一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片及其制备方法。

背景技术

基于AlGaN(氮化铝镓)/GaN(氮化镓)异质结构的HEMT(High Electron MobilityTransistor，高电子迁移率晶体管)具有高的电流密度、临界击穿电压和电子迁移率，在微波功率和高温电子器件领域具有十分重要的应用价值。

HEMT通常包括芯片和位于芯片上的源极、漏极和栅极。芯片由外延片得到。外延片的结构一般包括衬底和依次层叠在衬底上的缓冲层、高阻缓冲层、沟道层、AlGaN势垒层以及帽层。目前国际上主要有四种技术实现氮化镓基增强型HEMT器件：1)栅槽刻蚀减薄AlGaN势垒层；2)在AlGaN势垒层中注入带负电的氟离子；3)在势垒层表面生长P型GaN帽层；4)在势垒层表面生长InGaN或厚GaN反极化层。其中以P型GaN帽层实现最为简便，难点是P型掺杂浓度较低的问题。

P型GaN帽层目前主要采用的是Mg掺杂，但掺Mg存在易被H钝化导致激活能较高的问题，Mg的离化率很低，需要较高的掺杂浓度才能实现P型，且Mg作为受主还会与GaN中的N空位形成络合物Mg_Ga-V_N，形成自补偿效应，造成载流子浓度降低。

发明内容

本公开实施例提供了一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片及其制备方法，可以减少络合物的产生，降低帽层中P型掺杂剂的激活能，从而获得高掺杂浓度的P型帽层。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片，所述氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片包括衬底以及层叠在所述衬底上的缓冲层、高阻缓冲层、沟道层、AlGaN势垒层和帽层，

所述帽层包括交替生长的第一子层和第二子层，所述第一子层为GaN层，所述第二子层为InGaN层，所述第一子层和所述第二子层中均掺杂有主掺杂元素，所述主掺杂元素为Be或Mg，所述第二子层中还掺杂有辅助掺杂元素，所述辅助掺杂元素为O、Mg、Si或Zn。

可选地，所述第一子层和所述第二子层中的所述主掺杂元素的掺杂浓度均为1*10²⁰～9*10²¹cm^-3。

可选地，所述第二子层中的所述辅助掺杂元素的掺杂浓度为1*10¹⁹～5*10²¹cm^-3。

可选地，所述第二子层中的所述主掺杂元素和所述辅助掺杂元素的掺杂浓度的比值为1：1～5：1。

可选地，所述第二子层中的In的掺杂浓度为10～10⁴cm^-3。

可选地，所述帽层包括n个周期交替生长的第一子层和第二子层，1≤n≤10，所述帽层的总厚度为50～150nm。

可选地，所述第一子层的厚度为5～20nm，所述第二子层的厚度为10～30nm。

第二方面，提供了一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片的制备方法，所述制备方法包括：

提供一衬底；