[实用新型]一种AlGaN双异质结高阻缓冲层外延结构

说明书

本实用新型公开了一种AlGaN双异质结高阻缓冲层外延结构，包括由下至上层叠设置的衬底、成核层、AlGaN双异质结高阻缓冲层和GaN层：所述AlGaN双异质结高阻缓冲层中包含两个以上的AlGaN异质结结构，其中，每个周期的异质结结构中包括两层AlGaN层，其中一层的厚度范围为100‑1000nm；另一层的厚度范围为1‑99nm。本实用新型能够减小AlGaN层的背景电子浓度和增加电子垂直方向散射从而实现高阻缓冲层的生长，获得高质量的GaN基缓冲层。

技术领域

本实用新型涉及半导体器件，特别涉及一种AlGaN双异质结高阻缓冲层外延结构。

背景技术

III-V族氮化物（氮化镓、氮化铝及其合金化合物）具有禁带宽度大、热导率高和饱和电子漂移速度高等优点，被广泛用于高温、高压电子器件。氮化镓基高电子迁移率场效应晶体管（High Electron Mobility Transistor，HEMT）是利用AlGaN层和GaN层的禁带宽度、极化强度差异，在AlGaN/GaN异质结界面形成具有高迁移率和高浓度的二维电子气从而形成具有工作电压高、导通电阻小，开关频率高的场效应晶体管。

在氮化镓基HEMT器件中缓冲层的漏电不仅会恶化器件的夹断性能，使栅极对沟道电流的控制能力减弱恶化器件的整体性能。与此同时缓冲层中的漏电还会使器件的发热恶化器件输出特性以至于影响到器件的可靠性和使用寿命，因此制备高阻值的GaN基缓冲层是高性能HEMT器件外延的关键技术。另外缓冲层的缺陷密度（位错密度，缺陷杂质，掺杂等）也会直接影响到HEMT器件的二维电子气迁移率从而影响器件的导通电阻，因此高质量的缓冲层生长也是获得高性能HEMT的关键技术。

氮化镓基HEMT外延片通常是利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）设备通过异质外延的方法生长在碳化硅衬底，硅衬底和蓝宝石衬底上。通过MOCVD生长的GaN基外延材料中由于背景氧掺杂、氮空位等缺陷存在，非故意掺杂的本征GaN基材料具有较高的背景电子浓度（10¹⁶-10¹⁷/cm³左右），所以要获得高阻值的GaN基缓冲层必须想办法减少GaN基外延材料的背景电子浓度。通常获得高阻值GaN基外延材料的方法可以分为两大类：一种是通过控制GaN基薄膜外延生长过程的生长参数（反应室气压，生长温度，生长速率，V/III比等）增加外延材料中的p-型杂质数量或俘获电子的缺陷态密度从而降低背景电子浓度进而获得高阻值GaN基缓冲层；另一种方法是通过在GaN基材料的外延生长过程中通入含有Fe、Cr、Mg等金属元素的外源掺杂剂在禁带中形成深能级缺陷或提供空穴补偿背景电子从而获得高阻值的GaN基缓冲层。第一种方法是通过引入缺陷杂质获得高阻值GaN外延层，因此外延层的质量一般会变差，另外通过控制生长条件获得高阻值GaN方法的设备依赖性较强，重复性也较差；第二种方法中引入金属杂质通常具有较强的记忆效应会一直残留在反应室使得后续外延材料都有被金属杂质污染风险，而且引入杂质会使沟道2DEG的迁移率下降影响器件特性。

因此，本发明人对此做进一步研究，研发出一种AlGaN双异质结高阻缓冲层外延结构，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种AlGaN双异质结高阻缓冲层外延结构，能够减小AlGaN层的背景电子浓度和增加电子垂直方向散射从而实现高阻缓冲层的生长，获得高质量的GaN基缓冲层。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是：

一种AlGaN双异质结高阻缓冲层外延结构，包括由下至上层叠设置的衬底、成核层、AlGaN双异质结高阻缓冲层和GaN层：所述AlGaN双异质结高阻缓冲层中包含两个以上的异质结结构，其中，每个周期的异质结结构中包括两层AlGaN层，其中一层的厚度范围为100-1000nm；另一层的厚度范围为1-99nm。

进一步，所述异质结结构为具有薄势垒的异质结。