[发明专利]一种外延片、外延片生长方法及高电子迁移率晶体管

说明书

本发明提供一种外延片、外延片生长方法及高电子迁移率晶体管，该外延片包括依次层叠设置的Si衬底，AlN成核层，高阻缓冲层，GaN沟道层，AlN插入层，AlGaN势垒层及GaN盖帽层，所述高阻缓冲层包括依次层叠设置的第一碳掺杂AlGaN层、第二碳掺杂AlGaN层以及第三碳掺杂AlGaN层，所述第一碳掺杂AlGaN层设置在靠近所述AlN成核层的一侧；其中，所述第一碳掺杂AlGaN层的掺杂浓度由高到低均匀渐变，所述第二碳掺杂AlGaN层的掺杂浓度恒定不变，所述第三碳掺杂AlGaN层的掺杂浓度由低到高均匀渐变。与现有技术相比，本发明提出的外延片既能实现高阻又具有很高的晶体质量。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种外延片、外延片生长方法及高电子迁移率晶体管。

背景技术

作为第三代半导体材料，GaN基材料由于具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度大、化学稳定好、抗辐射耐高温、易形成异质结等优势，成为了制造高温、高频、大功率、抗辐射的高电子迁移率晶体管(HEMT)结构的首选材料。另一方面，由于GaN基异质结构具有很高的载流子浓度和电子迁移率，其导通电阻小，并且禁带宽度大的优势使得其能够承受很高的工作电压。因此，GaN基的高电子迁移率晶体管也适用于高温高频大功率器件、低损耗率开关器件等应用领域。

在上述领域中生长GaN薄膜的常用衬底为蓝宝石(Al2O3)、碳化硅(SiC)和硅(Si)，其中蓝宝石和SiC衬底外延生长GaN薄膜已经非常成熟，但其价格偏贵，特别是SiC价格昂贵，大大增加了生产成本高，而且蓝宝石本身散热效果不好，很难实现大尺寸外延生长。因此，通常采用Si衬底外延生长GaN薄膜，其导热性好，可实现大尺寸外延，特别是6寸、8寸和12寸外延片，可降低生产成本，具有极大的市场竞争力。但由于Si衬底表面含有的氧化物(例如SiO2)在高温中分解出的氧原子会随着外延层生长中向缓冲层扩散，使得缓冲层漏电，不能实现高阻，降低器件性能，且靠近沟道层的二维电子气浓度较高，容易溢出到向缓冲层，也使得缓冲层不能实现高阻。

为了解决上述问题，现有技术中通常通过对缓冲层进行高浓度的Fe掺杂或C掺杂以实现高阻，减小缓冲层的漏电，但高浓度的掺杂影响外延层的晶体质量，不利于器件性能的提升，而低浓度掺杂虽然可以提高外延层晶体质量，却难以实现高阻。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种外延片、外延片生长方法及高电子迁移率晶体管，从而实现外延层的高阻以及提升外延层的晶体质量。

本发明实施例是这样实现的，一种外延片，包括依次层叠设置的Si衬底，AlN成核层，高阻缓冲层，GaN沟道层，AlN插入层，AlGaN势垒层及GaN盖帽层，所述高阻缓冲层包括依次层叠设置的第一碳掺杂AlGaN层、第二碳掺杂AlGaN层以及第三碳掺杂AlGaN层，所述第一碳掺杂AlGaN层设置在靠近所述AlN成核层的一侧；

其中，所述第一碳掺杂AlGaN层的掺杂浓度由高到低均匀渐变，所述第二碳掺杂AlGaN层的掺杂浓度恒定不变，所述第三碳掺杂AlGaN层的掺杂浓度由低到高均匀渐变。

进一步的，上述外延片，其中，所述第一碳掺杂AlGaN层中AlGaN的Al组分为0.50～0.80，所述第一碳掺杂AlGaN层的掺杂浓度为5*10¹⁷cm^-3-5*10²⁰cm^-3。

进一步的，上述外延片，其中，所述第二碳掺杂AlGaN层中AlGaN的Al组分为0.40～0.50，所述第二碳掺杂AlGaN层的掺杂浓度为5*10¹⁵cm^-3-5*10¹⁶cm^-3。

进一步的，所述第三碳掺杂AlGaN层中AlGaN的Al组分为0.20～0.40，所述第二碳掺杂AlGaN层的掺杂浓度为5*10¹⁷cm^-3-5*10²⁰cm^-3。