本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體材料生長技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種適于量產(chǎn)的6吋GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
GaN材料的研究與應(yīng)用是全球半導(dǎo)體研究的熱點(diǎn)，是研制微電子器件、光電子器件的新型半導(dǎo)體材料，并與SiC、金剛石等半導(dǎo)體材料一起，被譽(yù)為是繼第一代Ge、Si半導(dǎo)體材料、第二代GaAs、InP化合物半導(dǎo)體材料之后的第三代半導(dǎo)體材料。它具有寬的直接帶隙、強(qiáng)的原子鍵、高的熱導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性好(幾乎不被任何酸腐蝕)等性質(zhì)和強(qiáng)的抗輻照能力，在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應(yīng)用方面有著廣闊的前景。
GaN是微波功率器件的首選，其功率密度是現(xiàn)有GaAs器件的10倍。目前GaN主要生長在SiC、藍(lán)寶石和Si襯底之上，其中藍(lán)寶石襯底生長GaN外延結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于GaN LED等發(fā)光領(lǐng)域；Si襯底上外延GaN則可用于功率開關(guān)以及低端射頻功率領(lǐng)域；SiC襯底上外延GaN因其外延材料質(zhì)量好、襯底熱導(dǎo)率高在高端微波功率應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)了主流地位。
SiC基GaN的發(fā)展正進(jìn)入一個(gè)新的階段，然而，目前大多數(shù)的SiC基GaN器件只能在4吋SiC襯底上制備，如果SiC襯底能夠從4吋過渡到6吋，那么SiC基GaN器件的生產(chǎn)能力將增加一倍，并且有利于降低制造成本，對價(jià)格更加實(shí)惠的GaN微波器件生產(chǎn)，能起到顯著的推進(jìn)作用。目前，業(yè)內(nèi)尚未開展在6吋SiC襯底上生長GaN外延材料的研發(fā)工作。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種適于量產(chǎn)的6吋GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)，能夠有效將GaN外延材料的生長制備擴(kuò)展到6吋SiC襯底上，有助于降低器件生產(chǎn)成本，推進(jìn)GaN器件的應(yīng)用推廣。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種適于量產(chǎn)的6吋GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)，從下到上依次包括6吋SiC半絕緣襯底、AlN成核層、GaN緩沖層、GaN溝道層、AlN插入層、AlGaN勢壘層和GaN帽層。
優(yōu)選地，所述6吋SiC半絕緣襯底的上下表面經(jīng)過拋光處理，厚度為500±20μm。
優(yōu)選地，所述AlN成核層的厚度為20-100nm。
優(yōu)選地，所述GaN溝道層的厚度小于100nm，所述GaN緩沖層和GaN溝道層的總厚度為1.6-2.0μm。
優(yōu)選地，所述AlN插入層的厚度為0.5-1nm。
優(yōu)選地，所述AlGaN勢壘層的厚度為18-25nm。
優(yōu)選地，所述GaN帽層的厚度為1-5nm。
區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本實(shí)用新型的有益效果是：
a)該外延結(jié)構(gòu)簡單，除AlN插入層與GaN帽層外，均為實(shí)現(xiàn)GaN HEMT結(jié)構(gòu)所必需的材料，AlN插入層對于提高載流子遷移率具有重要意義，GaN帽層則用來減小表面漏電，提高器件可靠性，該外延結(jié)構(gòu)是最簡化方案，具備很強(qiáng)的可行性，易于加工，工程可操控性強(qiáng)；
b)該外延結(jié)構(gòu)所涉及各層材料均為GaN外延生長常用基本材料，其生長技術(shù)十分成熟，具備工業(yè)量產(chǎn)之基礎(chǔ)；
c)該外延結(jié)構(gòu)覆蓋頻段廣，可擴(kuò)展性強(qiáng)?？筛鶕?jù)實(shí)際目標(biāo)需求而作相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整，可針對器件功率輸出、增益、熱阻等維度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，有助于解決GaN微波功率器件實(shí)際應(yīng)用中的瓶頸問題，加快GaN微波功率器件的應(yīng)用推廣，可滿足20GHz以下GaN HEMT器件與電路應(yīng)用需求。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例適于量產(chǎn)的6吋GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
參見圖1，是本實(shí)用新型實(shí)施例適于量產(chǎn)的6吋GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)用新型實(shí)施例的6吋GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)從下到上依次包括6吋SiC半絕緣襯底1、AlN成核層2、GaN緩沖層3、GaN溝道層4、AlN插入層5、AlGaN勢壘層6和GaN帽層7。
其中，6吋SiC半絕緣襯底1的上下表面經(jīng)過拋光處理，厚度為500±20μm。SiC材料與GaN材料晶格失配小并且熱導(dǎo)率高，非常適合用于GaN HEMT的外延生長。
AlN成核層2的厚度為20-100nm。AlN成核層2的引入是為了提高外延的質(zhì)量，由于GaN采用的是異質(zhì)外延，GaN和SiC襯底材料之間存在晶格失配，通過AlN成核層2可以提高外延的質(zhì)量，降低背景載流子濃度，提高載流子的遷移率。在本實(shí)施例中，AlN成核層2的厚度優(yōu)選為50nm，生長溫度為500-700℃。
GaN溝道層4的厚度小于100nm，GaN緩沖層3和GaN溝道層4的總厚度為1.6-2.0μm。GaN緩沖層3主要是通過生長一定厚度的GaN來確保表層GaN的高質(zhì)量，同時(shí)，GaN緩沖層3應(yīng)具備高阻特性，降低緩沖層漏電，提高器件可靠性，GaN緩沖層3可采用C摻雜或Fe摻雜，摻雜濃度為1×1017～1×1018cm-3，電阻率為106-109Ω·cm。GaN溝道層4主要位于異質(zhì)結(jié)界面處。在本實(shí)施例中，GaN緩沖層3的生長溫度為1000-1150℃，GaN緩沖層3和GaN溝道層4的總厚度優(yōu)選為1.8μm。
AlN插入層5的厚度為0.5-1nm。AlN插入層5可有效減少溝道載流子的合金散射，提高載流子遷移率。在本實(shí)施例中，AlN插入層5的厚度優(yōu)選為1nm。
AlGaN勢壘層6的厚度為18-25nm。AlGaN勢壘層6的作用是利用其與GaN溝道層4能帶的不連續(xù)在兩者界面處形成一個(gè)準(zhǔn)三角量子勢阱，大量自由電子被限制在這個(gè)勢阱中，只能做橫向遷移，這便是通常所說的二維電子氣。AlGaN勢壘層6中Al的組分一般為20％-30％。在本實(shí)施例中，AlGaN勢壘層6的厚度優(yōu)選為20nm，Al的組分優(yōu)選為25％。
GaN帽層7的厚度為1-5nm。GaN帽層7的作用是抑制表面態(tài)，減小反向漏電。在本實(shí)施例中，GaN帽層7的厚度優(yōu)選為2nm。
通過上述方式，本實(shí)用新型實(shí)施例的適于量產(chǎn)的6吋GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)指標(biāo)可以達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：1)二維電子氣濃度Ns>1×1013cm-2；2)載流子遷移率μ>2000cm2/v·s；3)方阻Rsh<300Ω/□。此外，還具有有效控制表面翹曲度、表面粗糙度、缺陷濃度等滿足實(shí)際生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。