[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、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AlN/AlGaN超晶格层、AlGaN块状层、AlN/GaN超晶格层以及GaN块状层，所述AlN/AlGaN超晶格层设置在靠近所述AlN成核层一侧；其中，所述AlN/AlGaN超晶格层中的AlGaN子层和所述AlN/GaN超晶格层中的GaN子层均掺杂有低浓度的Fe，且所述GaN子层的掺杂浓度高于所述AlGaN子层的掺杂浓度。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衬底表面的杂质和氧化物在高温中分解的硅原子或氧原子等会随着外延层生长向缓冲层扩散，形成较高的背景载流子浓度，使得缓冲层漏电，会对器件的夹断特性和耐压特性产生不利影响。

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、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AlN/AlGaN超晶格层、AlGaN块状层、AlN/GaN超晶格层以及GaN块状层，所述AlN/AlGaN超晶格层设置在靠近所述AlN成核层一侧；

其中，所述AlN/AlGaN超晶格层中的AlGaN子层和所述AlN/GaN超晶格层中的GaN子层均掺杂有低浓度的Fe，且所述GaN子层的掺杂浓度高于所述AlGaN子层的掺杂浓度。

进一步的，上述外延片，其中，所述AlN/AlGaN超晶格层中AlGaN中的Al组分为0.50～0.80，所述AlGaN子层的掺杂浓度为5*10¹⁶cm^-3-5*10¹⁸cm^-3，所述AlN/GaN超晶格层中GaN子层的掺杂浓度为5*10¹⁶cm^-3-5*10¹⁸cm^-3。

进一步的，上述外延片，其中，所述AlGaN块状层中AlGaN的Al组分为0.20～0.50，所述AlGaN块状层和所述GaN块状层中均掺杂有高浓度的Fe，掺杂浓度为5*10¹⁹cm^-3-5*10²⁰cm^-3。