[发明专利]一种大尺寸Si衬底的HEMT器件及其制备方法

权利要求书

1.一种大尺寸Si衬底的HEMT器件，其特征在于，包括从下至上依次层叠设置的衬底(L1)、纳米柱层(L2)、成核层(L3)、快速合并层(L4)、高阻层(L5)、沟道层(L6)以及势垒层(L7)。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸Si衬底的HEMT器件，其特征在于，所述衬底(L1)尺寸大小为2-8inch，材质为硅。

3.根据权利要求1所述的一种大尺寸Si衬底的HEMT器件，其特征在于，所述纳米柱层(L2)是采用分子束外延(MBE)沉淀或者光刻技术形成的排列整齐的硅纳米柱，其直径为10nm～2um，高度为50nm～2um，柱与柱的圆心距离50nm～4um。

4.根据权利要求1所述的一种大尺寸Si衬底的HEMT器件，其特征在于，所述成核层(L3)包括下层的成核层(L3-1)和上层的成核层(L3-2)，成核层(L3-1)是由PECVD生长的铝氮层，厚度在50nm-300nm，成核层(L3-2)是由MOCVD生长的铝镓氮/镓氮层，厚度在20～150nm。

5.根据权利要求1所述的一种大尺寸Si衬底的HEMT器件，其特征在于，所述快速合并层(L4)是MOCVD生长，采用温度变速升高，Ⅴ/Ⅲ比改变，利用二维/三维交替生长方式薄膜厚度范围为0.5um-2um。

6.根据权利要求1所述的一种大尺寸Si衬底的HEMT器件，其特征在于，所述高阻层(L5)是MOCVD生长的非故意掺杂生长形成的半绝缘高质量的氮化镓薄膜层，薄膜厚度范围为1um-3um。

7.根据权利要求1所述的一种大尺寸Si衬底的HEMT器件，其特征在于，所述沟道层(L6)采用MOCVD生长的半绝缘高质量的氮化镓沟道薄膜层，薄膜厚度范围为50-200nm。

8.根据权利要求1所述的一种大尺寸Si衬底的HEMT器件，其特征在于，所述势垒层(L7)的结构式为AL_xGa_1-xN，厚度为10-35nm，其中，x为10％～30％。

9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的大尺寸Si衬底的HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)提供衬底(L1)，其衬底为硅材料，尺寸范围为2-8inch；

(2)用分子束外延(MBE)沉淀或者光刻技术形成的排列整齐的硅纳米柱(L2)，其直径为10nm～2um，高度为50nm～2um，柱与柱的圆心距离50nm～4um；

(3)采用PECVD沉积成核层(L3_1)，为ALN层，真空度低于2×10^-3Pa，温度在200-500℃，在N2/Ar混合气体环境中生长，长速在100nm/min左右生长，其总厚度在50-300nm；

(4)成核层(L3_1)生长结束后转至MOCVD上生长成核层(L3_2)，为ALGaN/GaN材料，生长温度在500-550℃，薄膜厚度在50-150nm；

(5)在成核层上用MOCVD继续生长快速合并层(L4)，通过采用温度变速升高，Ⅴ/Ⅲ比改变来实现二维/三维交替生长，具体如下：

第一段4min生长，温度从1040℃到1080℃，Ⅴ/Ⅲ比减小40％-50％；

第二段恒定生长2min；

第三段4min生长，温度从1070℃到1110℃，Ⅴ/Ⅲ比增加40％-45％；

第四段恒定生长2min；

总厚度在0.5um-2um；

(6)继续生长非故意掺杂的氮化镓高阻层(L5)，薄膜厚度范围为1um-3um，其生长温度在1120～1150℃之间。

(7)在高阻层上生长氮化镓沟道层(L6)，薄膜厚度范围为50-200nm；

(8)在沟道层上生长势垒层(L7)的结构式为ALGaN，厚度为10-35nm，在温度800～1000℃。