[发明专利]以SiC为衬底GaN基HEMT器件外延生长方法

摘要

一种以SiC为衬底GaN基HEMT器件外延生长方法，属于半导体器件制备技术领域。利用电化学气相沉积方法依次将氮化钛层、氮化铝和氮化镓层沉积在衬底上，形成复合缓冲层；复合缓冲层表面利用感应耦合等离子体刻蚀技术刻蚀孔形、柱形、条形图形中的一种或多种，呈周期性排列；然后利用MOCVD进行非掺杂的GaN外延生长和非掺杂的AlGaN外延生长；最后外延生长Si掺杂的GaN冒层。优点在于，改善了碳化硅基氮化镓材料晶格失配问题，对提升器件整体性能和良品率作用明显。

主权项

1.一种以SiC为衬底GaN基HEMT器件外延生长方法，其特征在于，具体步骤及参数如下：1)采用金属有机化学气相沉积MOCVD外延生长系统进行材料的生长，衬底为6H-SiC或SiC衬底，生长气氛是以三甲基镓TMGa、三甲基铝TMAl、三甲基钛TDEAT和氨气NH3分别作为Ga、Al、Ti和N源，以氢气H2为载气；2)在衬底上生长复合缓冲层，利用MOCVD方法依次将氮化钛层、氮化铝和氮化镓层沉积在衬底上，将碳化硅衬底置于1200-1500℃反应室200-400s进行前烘，降温至500-600℃，通入氨气8000-10000sccm对衬底进行氮化；然后通入TDEAT气体，流量控制在40-60sccm，通入氨气8000-10000sccm，时长80-100s，进行氮化钛沉积，250-350s进行复原；然后通入50-90sccm TMAl气体，10000-20000sccm氨气，时长100-150s，进行氮化铝沉积；最后通入80-120sccm TMGa气体，15000-24000sccm氨气，时长150-200s，进行氮化镓沉积，对反应室气氛进行复原，完成复合缓冲层生长；3)复合缓冲层表面利用感应耦合等离子体ICP刻蚀技术刻蚀孔形、柱形、条形图形中的一种或多种，且呈周期性排列，图形由窗口区域和台面区域组成，图形深度为40-100nm，小于复合缓冲层厚度；4)在1000-1010℃下，利用MOCVD进行非掺杂的GaN外延生长，厚度为2-2.5μm，在800-820℃下，进行非掺杂的AlGaN外延生长，厚度2-3nm；5)为实现沟道层中提高2DEG二维电子气浓度，进行Si掺杂，采用高掺杂与低掺杂相混合的AlxGa1-xN层与非掺杂的GaN层形成异质结，掺杂浓度为1017至1019cm-3范围，其中：高掺杂Al组份占比为20-30wt％，低掺杂Al组份占比为0-10wt％；6)外延生长Si掺杂的GaN冒层1018-1019cm-3。