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专利号: 2022105005792
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.硅基AlGaN/GaN HEMT外延薄膜,其特征在于:所述HEMT外延薄膜是在Si衬底上从下至上依次形成有2500‑3000 nm厚的应力控制层、1200‑1500 nm厚的GaN高阻层、250‑300 nm厚的GaN沟道层、1‑2 nm厚的AlN插入层、20 nm厚的AlGaN势垒层和1‑2 nm厚的GaN帽层;

所述应力控制层从下至上依次包括160nm‑280 nm厚的AlN缓冲层、350‑450 nm厚的AlN/AlGaN超晶格、700‑1000 nm厚的Al0.3Ga0.7N和1200‑1500 nm的AlN/GaN超晶格。

2.根据权利要求1所述的硅基AlGaN/GaN HEMT外延薄膜,其特征在于:所述160nm‑280 nm厚的AlN缓冲层从下至上依次包括10‑30 nm厚的低温AlN缓冲层、150‑250 nm厚的高温AlN缓冲层。

3.一种权利要求1 2中任意一项所述硅基AlGaN/GaN HEMT外延薄膜的生长方法,其特~征在于,按如下步骤进行:

步骤1、预处理

将(111)晶向的轻掺杂硅晶圆片放置在石墨托盘上,然后放入MOCVD系统的反应腔中;

设置反应腔压力为50 Torr、石墨托盘转速为1000 rpm,将石墨托盘升温至1000‑1050 ℃,以90‑120 slm的流量向反应腔中通过H2气对Si衬底表面的SiO2进行还原反应,时间为5 min,以去除氧杂质;

步骤2、应力控制层的生长

步骤21、维持反应腔压力为40 Torr、石墨托盘转速为1150 rpm;降温到700‑800℃,以

200‑250 sccm的流量通入三甲基铝气体5‑10 s,进行Al的预铺;然后保持三甲基铝流量和温度不变,以3‑4 slm的流量通入NH3气25‑35 s,从而在Si衬底表面生长一层10‑30 nm厚的低温AlN缓冲层;随后升温到1050‑1120℃,以150‑200 sccm的流量通入三甲基铝气体,同时以3‑4 slm的流量通入NH3,生长50‑60 min,使低温AlN缓冲层上生长一层150‑250 nm厚的高温AlN缓冲层;

步骤22、维持反应腔压力为40 Torr、石墨托盘转速为1150 rpm;设置温度为1020‑1070℃并保持恒温,进行AlN/AlGaN超晶格的生长,即单层AlN超晶格和单层AlGaN超晶格的交替生长;

所述单层AlN超晶格的生长方法为:同时以480‑550 sccm的流量通入三甲基铝气体、以

3‑3.5 slm的流量通入NH3,生长28 s;

所述单层AlGaN超晶格的生长方法为:同时以300‑350 sccm的流量通入TMAl、以70‑80 sccm的流量通入三甲基镓气体、以5‑5.5 slm的流量通入NH3、以50‑70 sccm的流量通入C3H8,生长20 s;

交替生长单层AlN超晶格和单层AlGaN超晶格,直至在AlN缓冲层上形成总厚度为350‑

450 nm AlN/AlGaN超晶格;

步骤23、维持反应腔压力为40 Torr、石墨托盘转速为1150 rpm;设置温度为1010‑1060℃并保持恒温,同时以10‑12 slm的流量通入NH3、以80‑85 sccm的流量通入C3H8、以500‑550 sccm的流量通入三甲基铝气体、以100‑120 sccm的流量通入三甲基镓气体,生长50‑60 min,从而在AlN/AlGaN超晶格上形成700‑1000 nm厚的Al0.3Ga0.7N;

步骤24、维持反应腔压力为40 Torr、石墨托盘转速为1150 rpm;设置温度为1000‑1050℃并保持恒温,进行AlN/GaN超晶格的生长,即单层AlN超晶格和单层GaN超晶格的交替生长;

所述单层AlN超晶格的生长方法为:同时以500‑550 sccm的流量通入三甲基铝气体、以

4.5‑5 slm的流量通入NH3,生长33 s;

所述单层GaN超晶格的生长方法为:同时以250‑350 sccm的流量通入三甲基镓气体、以

16‑20 slm的流量通入NH3、以150‑200 sccm的流量通入C3H8气,生长30 s;

交替生长单层AlN超晶格和单层GaN超晶格,直至在Al0.3Ga0.7N上形成1200‑1500 nm 厚的AlN/GaN超晶格;

步骤3、GaN高阻层和GaN沟道层的生长

维持反应腔压力为50 Torr、石墨托盘转速为1150 rpm;设置温度为1020‑1090℃并保持恒温,以450‑550 sccm的流量通入三甲基镓气体、以30‑40 slm的流量通入NH3、以750‑

900 sccm的流量通入C3H8,生长14‑15 min,从而在AlN/GaN超晶格上形成1200‑1500 nm厚的GaN高阻层;

继续维持石墨托盘转速为1150 rpm、温度为1020‑1090℃,反应腔压力升高到150 Torr,同时以200‑300 sccm的流量通入三甲基镓气体、以55‑65 slm的流量通入NH3,生长5‑

7 min,从而在GaN高阻层上形成250‑300 nm厚的GaN沟道层;

步骤4、AlN插入层和AlGaN势垒层的生长

维持反应腔压力为75 Torr、石墨托盘转速为1150 rpm;设置温度为980‑1050 ℃并保持恒温,同时以35‑40 sccm的流量通入三甲基铝气体、以10‑12 slm的流量通入NH3,生长1 min,即在GaN沟道层上形成1‑2 nm厚的AlN插入层;

继续维持反应腔压力为75 Torr、石墨托盘转速为1150 rpm、温度为980‑1050℃,同时以35‑40 sccm的流量通入三甲基铝气体、以25‑30 sccm的流量通入三甲基镓气体、以10‑12 slm的流量通入NH3,生长5 min,即在AlN插入层上形成20 nm厚的AlGaN势垒层;

步骤5、GaN帽层的生长

维持反应腔压力为75 Torr、石墨托盘转速为1150 rpm;设置温度为980‑1050℃并保持恒温,同时以10‑12 slm的流量通入NH3、以25‑30 sccm的流量通入三甲基镓气体,生长30s,即在AlGaN势垒层上形成1‑2 nm厚的GaN帽层。