[发明专利]一种基于ScAlMgO4

说明书

本发明公开了一种基于ScAlMgO₄衬底的GaN基HEMT器件外延结构，该GaN基HEMT器件外延结构包括依次层叠的ScAlMgO₄衬底，i‑Al_xGa_1‑xN/i‑GaN超晶格层，i‑GaN层，i‑AlN层，i‑Al_yGa_1‑yN层，以及GaN或p型GaN层。与现有技术相比，本发明可以有效降低GaN薄膜缺陷密度，得到大尺寸高质量GaN HEMT器件。

技术领域

本发明属于HEMT器件领域，具体涉及一种基于ScAlMgO₄衬底的GaN基HEMT器件外延结构。

背景技术

GaN基HEMT(高电子迁移率晶体管)器件是以AlGaN/GaN异质结为结构基础的氮化镓基器件，具有截止频率高、饱和电流高以及跨导高等优越性，能够适应大功率的工作环境。现有GaN基HEMT器件外延结构大多是利用Si衬底外延生长的，但Si衬底和GaN材料存在20.4％的晶格失配和56％的热失配，导致GaN外延膜在生长后薄膜内存在很大的张应力，导致生长的GaN薄膜缺陷密度相当高。

与其它传统衬底材料相比，铝镁酸钪(ScAlMgO₄)与氮化镓的晶格失配率约1.8％，热膨胀系数失配也比其它传统衬底材料低，是一种理想的氮化镓外延生长衬底，但现有以铝镁酸钪为衬底外延生长氮化镓薄膜的报道相对较少。如专利文献CN106158592A公开了一种生长在铝酸镁钪衬底上的GaN薄膜的制备方法，其依次在铝酸镁钪衬底上生长GaN缓冲层、GaN形核层，GaN非晶层和GaN薄膜，获得高质量的GaN薄膜。又如专利文献CN113035689A公开了一种氮化镓单结晶基板的制造方法，其通过MOCVD方法在ScAlMgO4基板上低温生长GaN系缓冲层，在作为第二阶段生长的GaN系缓冲层上通过HVPE法高温生长GaN单晶层，经过切片、研磨抛光、清洗，实现无位错、无结晶缺陷的高品质GaN结晶基板。但采用上述现有技术在ScAlMgO4基板上生长的GaN薄膜质量并不太理想，GaN XRD(002)和(102)的半峰宽高达300arcsec以上。

发明内容

为了解决现有GaN基HEMT器件处延结构生长中存在的上述问题，本发明提供一种基于ScAlMgO₄衬底的GaN基HEMT器件外延结构。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于ScAlMgO₄衬底的GaN基HEMT器件外延结构，包括依次层叠的ScAlMgO₄衬底，i-Al_xGa_1-xN/i-GaN超晶格层，i-GaN层，i-AlN层，i-Al_yGa_1-yN层，以及GaN或p型GaN层。

优选地，所述i-Al_xGa_1-xN/i-GaN超晶格层的总厚度为200nm～4000nm，超晶格层厚度超出该范围会影响器件质量。其中，循环次数为2～200，各i-Al_xGa_1-xN层的厚度为10nm～1990nm，各i-GaN层的厚度为10nm～1990nm。

更优选地，所述x为0.01～0.6。

优选地，所述i-GaN层的厚度为500nm～5000nm，超出该厚度范围会影响器件质量，该层太薄所起到的作用有限，太厚会导致反应腔室的颗粒(particle)会增多，影响器件质量。

优选地，所述i-AlN层的厚度为0.1nm～10nm，超出该厚度范围会影响器件质量。

优选地，所述i-Al_yGa_1-yN层的厚度为5nm～500nm，超出该厚度范围会影响器件质量。

更优选地，所述y为0.01～0.6。