【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及場效應晶體管，尤其涉及一種氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片及其制備方法、hemt。
技術介紹
1、在化合物半導體電子器件中，高電子遷移率晶體管（hemt）是應用于高頻大功率場合最主要的器件。這種器件依靠半導體異質結中具有量子效應的二維電子氣（2deg）形成導電溝道，2deg的密度、遷移率和飽和速度等決定了器件的電流處理能力。基于氮化鎵及相關ⅲ族氮化物材料（aln，inn）的hemt則是目前化合物半導體電子器件的研究熱點。與第二代半導體gaas相比，氮化鎵在材料性質方面具有禁帶寬、臨界擊穿電場高、電子飽和速度高、熱導率高、抗輻照能力強等優勢，因此氮化鎵基hemt的高頻、耐壓、耐高溫、耐惡劣環境的能力很強；而且ⅲ族氮化物材料具有很強的自發和壓電極化效應，可顯著提高hemt結構中2deg的密度和遷移率，賦予氮化鎵基hemt非常強大的電流處理能力。
2、但氮化鎵基hemt缺乏合適的同質外延襯底，因此其通常生長在與其有較大晶格失配和熱膨脹系數失配的藍寶石、碳化硅或硅襯底上。其中，藍寶石硅襯底熱導率較低，導致器件工作時產生的熱量無法及時耗散，由此產生的高溫晶格散射會降低載流子遷移率，影響器件的高頻特性；碳化硅襯底雖然具有較高的熱導率，但其成本高；硅襯底具有相對較高的熱導率和較低的成本，但硅襯底和氮化鎵材料間存在大的晶格失配和熱膨脹系數失配，這無疑會形成大量的位錯缺陷，從而影響其外延質量，對hemt器件的性能產生不良影響。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題
2、本專利技術還要解決的技術問題在于，提供一種hemt，其漏電流小，器件性能強。
3、為了解決上述技術問題，本專利技術提供了一種氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片，其包括襯底，依次層疊于所述襯底上的復合層、溝道層、插入層、勢壘層、蓋帽層；所述復合層包括依次層疊于所述襯底上的石墨烯層、sic層、二維多孔ingan層和三維bgan層。
4、作為上述技術方案的改進，所述石墨烯層的厚度為10nm~100nm，所述sic層的厚度為10nm~100nm。
5、作為上述技術方案的改進，所述二維多孔ingan層的厚度為10nm~100nm，所述二維多孔ingan層中in組分的占比為0.1~0.2。
6、作為上述技術方案的改進，所述三維bgan層的厚度為100nm~500nm，所述三維bgan層中b組分的占比為0.05~0.5。
7、作為上述技術方案的改進，所述石墨烯層的厚度與所述sic層的厚度之比為1:1.5~1:2；
8、所述二維多孔ingan層中in組分占比≥0.12。
9、作為上述技術方案的改進，所述二維多孔ingan層生長完成后，在n2氣氛下進行高溫退火處理，退火溫度為900℃~1000℃，退火壓力為50torr~500torr。
10、作為上述技術方案的改進，所述三維bgan層中b組分占比≥0.1。
11、相應的，本專利技術還公開了一種上述的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片的制備方法，其包括：
12、提供襯底，在所述襯底上依次生長復合層、溝道層、插入層、勢壘層、蓋帽層；所述復合層包括依次層疊于所述襯底上的石墨烯層、sic層、二維多孔ingan層和三維bgan層。
13、作為上述技術方案的改進，通過pecvd生長所述石墨烯層，生長溫度為800℃~1000℃，生長壓力為50torr~100torr，生長氣氛為ch4和h2的混合氣體，ch4和h2的體積比為1:1~1:20，射頻功率為100w~150w；
14、通過cvd生長所述sic層，生長溫度為1000℃~1200℃，生長壓力為10torr~100torr，生長氣氛為ch3cl3si和h2的混合氣，其中，ch3cl3si和h2的體積比為1:1~1:20；
15、所述二維多孔ingan層的生長溫度為700℃~900℃，生長壓力為50torr~500torr；
16、所述三維bgan層的生長溫度為900℃~1000℃，生長壓力為50torr~500torr。
17、相應的，本專利技術還公開了一種hemt，其包括上述的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片。
18、實施本專利技術，具有如下有益效果：
19、1.?本專利技術提供的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片，其在襯底和溝道層之間插入特定結構的復合層，具體的，復合層包括依次層疊于襯底上的石墨烯層、sic層、二維多孔ingan層和三維bgan層。首先，石墨烯層具有非常好的熱傳導性能，提高器件工作時的散熱，避免影響器件的高頻特性；其次，在石墨烯層上沉積sic層，sic層與gan材料之間的晶格失配較小，熱膨脹系數差別較小，能夠弱化晶格失配、熱失配帶來的不利影響，提升外延質量。并且，sic具有較高的電阻，可防止漏電子經由高導電的石墨烯層漏入襯底，降低器件擊穿電壓。此外，sic具有良好的導熱性，與石墨烯組成導熱層可更加有效地傳導熱量；再者，二維多孔ingan層呈多孔結構，進一步釋放熱應力，減少晶格失配所引起的缺陷，并且，其二維結構為進一步生長的三維bgan層提供了平整的成核表面，減少成核生長的接觸角；最后，三維bgan層的帶隙較寬，可進一步限制漏電子，降低漏電流。此外，三維bgan層作為后續溝道層的成核層，能夠控制成核密度，減慢成核層的合并，減少線缺陷，提高外延晶體質量，減少器件漏電流，提高溝道層二維電子氣濃度，提高器件高頻性能，具體的，基于本專利技術的外延片所得到的hemt器件，其增益截止頻率可達到215ghz~230ghz。
20、2.?本專利技術提供的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片，二維多孔ingan層生長完成后，在n2氣氛下進行高溫退火處理，使得缺陷在ingan材料分解形成的孔洞中湮滅，進一步提高二維多孔ingan層的晶體質量。
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1.一種氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片，其特征在于，包括襯底，依次層疊于所述襯底上的復合層、溝道層、插入層、勢壘層、蓋帽層；所述復合層包括依次層疊于所述襯底上的石墨烯層、SiC層、二維多孔InGaN層和三維BGaN層。
2.如權利要求1所述的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片，其特征在于，所述石墨烯層的厚度為10nm~100nm，所述SiC層的厚度為10nm~100nm。
3.如權利要求1所述的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片，其特征在于，所述二維多孔InGaN層的厚度為10nm~100nm，所述二維多孔InGaN層中In組分的占比為0.1~0.2。
4.如權利要求1所述的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片，其特征在于，所述三維BGaN層的厚度為100nm~500nm，所述三維BGaN層中B組分的占比為0.05~0.5。
5.如權利要求1~4任一項所述的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片，其特征在于，所述石墨烯層的厚度與所述SiC層的厚度之比為1:1.5~1:2；
6.如權利要求5所述的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片，其特
7.如權利要求1~4任一項所述的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片，其特征在于，所述三維BGaN層中B組分占比≥0.1。
8.一種如權利要求1~7任一項所述的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片的制備方法，其特征在于，包括：
9.如權利要求8所述的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片的制備方法，其特征在于，通過PECVD生長所述石墨烯層，生長溫度為800℃~1000℃，生長壓力為50torr~100torr，生長氣氛為CH4和H2的混合氣體，CH4和H2的體積比為1:1~1:20，射頻功率為100W~150W；
10.一種HEMT，其特征在于，包括如權利要求1~7任一項所述的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片。
...【技術特征摘要】
1.一種氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片，其特征在于，包括襯底，依次層疊于所述襯底上的復合層、溝道層、插入層、勢壘層、蓋帽層；所述復合層包括依次層疊于所述襯底上的石墨烯層、sic層、二維多孔ingan層和三維bgan層。
2.如權利要求1所述的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片，其特征在于，所述石墨烯層的厚度為10nm~100nm，所述sic層的厚度為10nm~100nm。
3.如權利要求1所述的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片，其特征在于，所述二維多孔ingan層的厚度為10nm~100nm，所述二維多孔ingan層中in組分的占比為0.1~0.2。
4.如權利要求1所述的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片，其特征在于，所述三維bgan層的厚度為100nm~500nm，所述三維bgan層中b組分的占比為0.05~0.5。
5.如權利要求1~4任一項所述的氮化鎵基高電子遷移率晶體管外延片，其特征在于，所述石墨烯層的厚度與所述sic層的厚度之比...
【專利技術屬性】
技術研發人員：程龍，鄭文杰，高虹，劉春楊，胡加輝，金從龍，
申請(專利權)人：江西兆馳半導體有限公司，
類型：發明
國別省市：
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