【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及hemt芯片領域，尤其涉及一種gan單晶襯底的hemt外延結構和外延方法。
技術介紹
1、目前，gan材料的器件應用主要依托異質外延。在發光二極管(led)領域，在藍寶石襯底上生長gan材料的技術路線取得了巨大的成功，并且成為目前led行業的主流。而在功率半導體器件領域，在si、sic上生長gan外延層則成為主要的技術路線，特別是si襯底，其在價格、工藝制成等方面有著明顯的優勢。gan單晶襯底在價格和尺寸上的劣勢，使其在功率半導體器件領域沒有受到大家很多的關注。
2、但是，異質襯底(si、sic)外延的gan層的缺陷密度要比同質外延的缺陷密度高的多，比如在si襯底上異質外延gan，其0002半高寬普遍大于300arcsec，而在gan自支撐襯底上外延gan半高寬小于50arcsec。所以，不論是激光芯片亦或者是功率、射頻器件，gan單晶襯底都將會是高性能、高穩定的高端產品的最優選擇。
3、目前，商用的gan自支撐襯底多為hvpe外延方式生長后，通過研磨拋工藝獲得，受到技術和成本限制，gan單晶襯底的厚度不大，一般小于500um，所以，使用hvpe-gan單晶作為襯底，特別是大尺寸的gan單晶，在外延生長薄膜過程中，通常是對襯底的底部加熱進行外延生長，襯底從室溫加熱到外延生長的溫度的過程中會形成非常大的呈碗狀的負翹曲，這會影響到外延膜層的厚度和組分配比，進而影響器件的性能的一致性；另外，非摻雜的gan往往表現為n型(硅基氮化鎵外延往往采用p型si)，所以，在垂直方向，沒有形成耗盡區，如果，完全
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種gan單晶襯底的hemt外延結構和外延方法，以減小hemt外延結構的翹曲度和垂直方向的漏電。
2、為了實現上述目的，本專利技術提供的一種gan單晶襯底的hemt外延結構，包括gan單晶襯底以及依次生長于所述gan單晶襯底上的gan緩沖層、低溫應力調控層、gan高阻層、alyga1-yn背勢壘層、gan溝道層、alzga1-zn勢壘層以及gan帽層，所述低溫應力調控層為inxga1-xn固溶體薄膜層和/或inn/gan超晶格層，其中，0≤x≤0.1，0.05≤y≤0.15，0.2≤z≤0.3。
3、優選地，所述inxga1-xn固溶體薄膜層中的溶劑為gan晶體，溶質為in原子。
4、優選地，所述gan單晶襯底的厚度為大于或等于400微米且小于或等于500微米；和/或，所述gan單晶襯底的電阻率為大于1e7歐姆厘米；和/或，所述gan緩沖層的厚度為大于或等于200納米且小于或等于500納米。
5、優選地，所述inxga1-xn固溶體薄膜層的厚度為大于或等于1.5微米且小于或等于3微米。
6、優選地，所述inn/gan超晶格層中的每層inn的厚度為大于0納米且小于或等于10納米且每層gan的厚度為大于或等于50納米且小于或等于100納米，所述inn/gan超晶格的循環數為大于或等于15且小于或等于30。
7、優選地，所述gan高阻層為外摻雜的c-gan層，所述c-gan層中的c摻雜濃度為大于或等于5e18cm-3且小于或等于1e19cm-3，所述c-gan層的厚度為大于或等于500納米且小于或等于1500納米；或，所述gan高阻層為mg摻雜的p-gan層，所述p-gan層的空穴濃度為大于或等于5e16cm-3且小于或等于5e17cm-3，所述p-gan層的厚度為大于或等于500納米且小于或等于1000納米。
8、優選地，所述alyga1-yn背勢壘層的厚度為大于或等于50納米且小于或等于150納米；和/或，所述gan溝道層的厚度為大于或等于150納米且小于或等于300納米；和/或，所述alzga1-zn勢壘層的厚度為大于或等于15納米且小于或等于30納米；和/或，所述gan帽層的厚度為大于或等于1納米且小于或等于3納米。
9、本專利技術實施例還提供一種gan單晶襯底的hemt外延方法，包括以下步驟：s1，提供gan單晶襯底，在所述gan單晶襯底上外延生長gan緩沖層；s2，在所述gan緩沖層上外延生長低溫應力調控層，所述低溫應力調控層為inxga1-xn固溶體薄膜層和/或inn/gan超晶格層，其中，0≤x≤0.1；s3，在所述低溫應力調控層上外延生長gan高阻層；s4，在所述gan高阻層上生長alyga1-yn背勢壘層，其中，0.05≤y≤0.15；s5，在所述alyga1-yn背勢壘層上生長gan溝道層；s6，在所述gan溝道層上生長alzga1-zn勢壘層，其中，0.2≤z≤0.3；s7，在所述alzga1-zn勢壘層上生長gan帽層。
10、優選地，所述低溫應力調控層的生長壓力為大于或等于100mbar且小于或等于300mbar，所述低溫應力調控層的生長溫度為大于或等于750攝氏度且小于或等于850攝氏度；所述gan高阻層具有第一生長設定壓力，第一生長設定壓力為大于或等于50mbar且小于或等于200mbar，所述gan高阻層具有第一生長設定溫度，所述第一生長設定溫度為大于或等于900攝氏度且小于或等于1050攝氏度；所述alyga1-yn背勢壘層具有第二生長設定壓力，所述第二生長設定壓力為大于或等于50mbar且小于或等于100mbar，所述alyga1-yn背勢壘層具有第二生長設定溫度，所述第二生長設定溫度為大于或等于1050攝氏度且小于或等于1150攝氏度。
11、優選地，所述inxga1-xn固溶體薄膜層通過在所述gan緩沖層上同時通入氨氣、三甲基鎵以及三甲基銦形成；所述inn/gan超晶格層通過在所述gan緩沖層上通入氨氣的同時交替通入三甲基鎵、三甲基銦形成。
12、優選地，所述gan高阻層為外摻雜的c-gan層，步驟s3包括：通過在所述低溫應力調控層上通入氨氣、三甲基鎵以及己稀以生長所述gan高阻層；或，所述gan高阻層為mg摻雜的p-gan層，步驟s3包括：通過在所述低溫應力調控層上通入氨氣、三甲基鎵以及二茂鎂以生長所述gan高阻層。
13、與現有技術相比，本專利技術通過在gan緩沖層上設置低溫應力調控層，低溫應力調控層在生長過程中由于inn的晶格常數比gan大且低溫氮化鎵有更多的晶界，使得低溫應力調控層更傾向于凸翹曲，從而抵抗gan單晶襯底凹翹曲，從而調控外延生長過程中，特別是alzga1-zn勢壘層生長時的翹曲度，以獲得更優異的厚度和組分均勻性的hemt外延結構，特別是大尺寸的hemt外延結構以使得hemt器件一致性好，另外，通過gan高阻層上設置alyga1-yn背勢壘層可以有效降低垂直方向的漏電流，提高垂直耐壓性能。
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1.一種GaN單晶襯底的HEMT外延結構，其特征在于，包括GaN單晶襯底以及依次生長于所述GaN單晶襯底上的GaN緩沖層、低溫應力調控層、GaN高阻層、AlyGa1-yN背勢壘層、GaN溝道層、AlzGa1-zN勢壘層以及GaN帽層，所述低溫應力調控層為InxGa1-xN固溶體薄膜層和/或InN/GaN超晶格層，其中，0≤x≤0.1，0.05≤y≤0.15，0.2≤z≤0.3。
2.如權利要求1所述的GaN單晶襯底的HEMT外延結構，其特征在于，所述InxGa1-xN固溶體薄膜層中的溶劑為GaN晶體，溶質為In原子。
3.如權利要求1所述的GaN單晶襯底的HEMT外延結構，其特征在于，所述GaN單晶襯底的厚度為大于或等于400微米且小于或等于500微米；和/或，所述GaN單晶襯底的電阻率為大于1E7歐姆厘米；和/或，所述GaN緩沖層的厚度為大于或等于200納米且小于或等于500納米。
4.如權利要求1所述的GaN單晶襯底的HEMT外延結構，其特征在于，所述InxGa1-xN固溶體薄膜層的厚度為大于或等于1.5微米且小于或等于3微米。
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