一种基于AlScN的增强型GaNHEMT器件及其制备方法

一种基于alscn的增强型gan hemt器件及其制备方法
技术领域
1.本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种基于alscn的增强型gan hemt器件及其制备方法。


背景技术：

2.近年来随着集成电路工艺的发展，铁电薄膜在半导体器件中的应用范围逐渐扩大。铁电材料作为一种特殊的电介质材料，不仅在一定温度范围内具有自发极化特性，并且极化强度和方向可随外加电场的改变而发生非线性变化，即被外电场所调控。基于这种特性，将铁电薄膜与hemt器件集成，铁电材料的极化电荷会对此器件中异质结能带进行铁电调制，从而实现对2deg调控的目的。
3.铁电调控gan hemt器件作为半导体功率器件中的一种，其基本原理是在hemt器件结构中的algan/gan异质结之上生长一层铁电材料层，利用铁电薄膜极化强度和方向可被外电场非线性调控的特性实现器件阈值电压的连续可调。同时在撤去外加栅压后，铁电薄膜会存在正负剩余极化，进而促使gan hemt器件具有很好的阈值电压保持特性。
4.目前在高电子迁移率晶体管的设计中，为使其栅控能力增强，多使用钙钛矿型结构的铁电材料与晶体管集成，因其与gan外延结构物性有极大差异，两者之间的界面性质极其复杂，可能出现不同特征的半导体或绝缘体性质，这种不确定性可能成为铁电调控hemt器件发展的极大阻碍。因此如何设计及制备具有稳定的铁电调控作用的gan hemt器件仍然是一个值得深入探究的问题。
5.现有的gan hemt器件多使用锆钛酸铅(pzt)、钛酸钡(bto)等钙钛矿型铁电体材料进行铁电调控。但这种材料仍然存在一些局限性，如钙钛矿铁电体与半导体材料晶格失配度大，需要通过异质外延和衬底剥离技术进行制备，其多组分特性会导致在制造薄膜时需要精准控制各元素比例。同时常见的钙钛矿型铁电材料复杂的工艺流程严重阻碍了这种高性能器件的大规模生产与制造。钙钛矿型铁电材料制备出纳米厚度的铁电薄膜也容易产生较大的漏电流，增加了hemt器件在使用过程中失效的风险。
6.同时，gan hemt器件大多使用algan作为势垒层，利用其压电极化效应提供高浓度、高迁移率的二维电子气。但是algan势垒层的极化效应对algan/gan异质结能带结构的调制作用十分有限，algan异质结界面处2deg浓度强烈依赖于algan势垒层厚度和al组分大小。因此，algan材料作为势垒层难以在hemt器件中提供更高的载流子浓度，从而严重影响器件的工作性能效率。
7.综上，现有gan hemt器件中采用钙钛矿型铁电体材料进行铁电调控，存在着钙钛矿型铁电体材料与半导体材料晶格失配度大、制备工艺复杂、漏电流较大的问题；采用algan作为势垒层，存在难以在hemt器件中提供更高的载流子浓度，严重影响器件的工作性能效率的问题。


技术实现要素：

8.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于alscn的增强型gan hemt器件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
9.本发明实施例提供了一种基于alscn的增强型gan hemt器件，包括：衬底层、成核过渡层、gan缓冲层、gan沟道层、al
1-x
sc
x
n势垒层、al
1-y
scyn帽层、源极、漏极和栅极，其中，
10.所述衬底层、所述成核过渡层、所述gan缓冲层、所述gan沟道层、所述al
1-x
sc
x
n势垒层依次层叠，15％≤x≤25％；
11.所述al
1-y
scyn帽层、所述源极和所述漏极均位于所述al
1-x
sc
x
n势垒层上，所述al
1-y
scyn帽层位于所述源极和所述漏极之间，且所述al
1-y
scyn帽层的端部与所述源极、所述漏极相接触，y＞30％，所述源极和所述漏极相互分离且对称分布；
12.所述栅极位于所述源极和所述漏极之间的所述al
1-y
scyn帽层上。
13.在本发明的一个实施例中，所述衬底层的材料包括硅单晶；
14.所述成核过渡层的材料包括aln，厚度为40-60nm；
15.所述gan缓冲层的材料包括c掺杂的gan，厚度为600-1500nm；
16.gan沟道层的厚度为100-300nm；
17.al
1-x
sc
x
n势垒层的厚度为15-35nm；
18.al
1-y
scyn帽层的厚度为5-10nm；
19.所述源极和所述漏极的厚度均为320nm，所述栅极的厚度为150nm。
20.在本发明的一个实施例中，所述al
1-x
sc
x
n势垒层中sc掺杂浓度为25％。
21.在本发明的一个实施例中，所述al
1-y
scyn帽层中sc掺杂浓度为40％。
22.本发明的另一个实施例提供了一种基于alscn的增强型gan hemt器件的制备方法，包括步骤：
23.在衬底层上制备成核过渡层；
24.在所述成核过渡层上制备gan缓冲层；
25.在所述gan缓冲层上制备gan沟道层；
26.采用金属有机化合物化学气相沉淀方法，在所述gan沟道层上制备al
1-x
sc
x
n势垒层，其中，15％≤x≤25％；
27.采用磁控溅射法或者原子层淀积工艺，在所述al
1-x
sc
x
n势垒层制备al
1-y
scyn帽层，其中，y＞30％；
28.在所述al
1-x
sc
x
n势垒层的一端制备源极，另一端制备漏极，使得所述源极和所述漏极相互分离且对称分布，且al
1-y
scyn帽层位于所述源极和所述漏极之间，同时所述al
1-y
scyn帽层的端部与所述源极、所述漏极相接触；
29.在所述al
1-y
scyn帽层上制备栅极，使得所述栅极位于所述源极和所述漏极之间。
30.在本发明的一个实施例中，采用金属有机化合物化学气相沉淀方法，在所述gan沟道层上制备al
1-x
sc
x
n势垒层，包括：
31.使得金属有机化合物化学气相沉淀设备中衬底温度保持为1200℃，设置压强为60torr，以nh3、tmal和cp3sc作为反应源，以h2为载气，其中tmal摩尔流速设置为11.5μmol/min，nh3摩尔流速设置为0.165mol/min，cp3sc摩尔流速设置为5.5μmol/min，生长时间为10min，制备得到所述al
1-x
sc
x
n势垒层。
32.在本发明的一个实施例中，所述al
1-x
sc
x
n势垒层中sc掺杂浓度为25％。
33.在本发明的一个实施例中，采用磁控溅射法或者原子层淀积工艺，在所述al
1-x
sc
x
n势垒层制备al
1-y
scyn帽层，包括：
34.利用磁控溅射法，使用纯度为99.999％的纯铝金属靶材与纯度为99.99％的纯钪金属靶材作为alscn薄膜的溅射靶材，pc腔室真空度为1e-6torr，腔室气体压力为10mtorr，两种靶材的溅射功率为50w，预溅射10min；
35.预溅射结束后，调整氮气流量为20sccm，氮气与氩气的气体流量比为2:1，通过改变纯铝金属靶材和纯钪金属靶材的溅射功率来调控al
1-y
scyn帽层中sc浓度，溅射时长为3min，制备得到al
1-y
scyn帽层。
36.在本发明的一个实施例中，所述al
1-y
scyn帽层中sc掺杂浓度为40％。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果：
38.1、本发明的gan hemt器件采用掺杂浓度y大于30％的al
1-y
scyn作为帽层，alscn中sc组分在＞30％时，会表现出明显的铁电特性，使用其铁电极化特性做帽层，运用其铁电畴结构灵活可调的特点，能实现hemt器件在栅控2deg浓度的基础上引入灵活可逆且非易失性的调控，使得gan hemt的2deg调控作用更强，可以使阈值电压从负值变为正值，更易实现hemt的增强型工作模式。
39.2、本发明的gan hemt器件使用al
1-y
scyn作为gan hemt帽层结构，既防止了al
1-x
sc
x
n势垒层表面氧化，又可以降低外沟道电子隧穿到表面的几率，进而抑制电流崩塌。
40.3、本发明的gan hemt器件将sc掺杂浓度大于30％的al
1-y
scyn帽层生长于sc掺杂浓度为15％～25％的al
1-x
sc
x
n势垒层之上，晶格完全匹配，薄膜结晶质量较好，更能保持其铁电性能。
41.4、本发明的gan hemt器件使用aln作为gan hemt的成核过渡层，解决了衬底与gan缓冲层存在的晶格不匹配问题，减小了该失配引起的界面张力；同时可以减小界面失配、缺陷或陷阱效应引起的电流崩塌，降低静态电流泄漏。
42.5、本发明的制备方法使用金属有机化学气相沉积法生长al
1-x
sc
x
n势垒层，既能保证al
1-x
sc
x
n材料以较高质量生长，又能通过其远高于algan的压电极化特性，使al
1-x
sc
x
n/gan异质界面处形成的2deg载流子密度相较于algan/gan异质界面处大幅增加，从而提高跨导以及漏极电流，使gan hemt具有良好的器件特性。
43.6、本发明的制备方法使用磁控溅射法制备al
1-y
scyn帽层，工艺简单易操作，生产周期短，成本低，适用于大规模生产环境。
附图说明
44.图1为本发明实施例提供的基于alscn的增强型gan hemt器件的结构示意图；
45.图2为本发明实施例提供的一种基于alscn的增强型gan hemt器件的制备方法的过程示意图。
具体实施方式
46.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
47.实施例一
48.alscn作为纤锌矿型铁电体具有更宽的带隙(eg～5-6.2ev)，制备出的薄膜器件具有更好的稳定性。alscn材料中sc掺杂浓度较低时，材料表现出良好的压电极化特性，而sc掺杂浓度较高时(sc浓度＞30％)，材料具有较强的铁电性。另外，alscn的剩余极化强度可达100-150μc/cm2，远远超过同种条件下pzt材料的剩余极化强度25-35μc/cm2，因此alscn薄膜在铁电调控gan hemt器件中具有更强的应用前景。
49.因此，本实施例将具有较低sc掺杂浓度的alscn材料作为势垒层生长，利用其相较algan更大的压电极化系数，在alscn/gan异质界面处产生2deg的载流子密度更大，以此提高gan hemt器件的电学特性。为增强其对algan/gan异质结面处的2deg调控能力，将具有较高sc掺杂浓度的alscn材料作为铁电调控薄膜直接生长于alscn势垒层之上，alscn铁电薄膜可增强hemt的栅极控制，提高对2deg的截止能力，以此实现gan hemt器件的增强型工作模式，提高器件寿命，降低功耗；同时此材料作为hemt器件的帽层能减小栅极泄漏电流，增强源、漏极欧姆接触。
50.请参见图1，图1为本发明实施例提供的基于alscn的增强型gan hemt器件的结构示意图。该增强型gan hemt器件包括衬底层1、成核过渡层2、gan缓冲层3、gan沟道层4、al
1-x
sc
x
n势垒层5、al
1-y
scyn帽层6、源极7、漏极8和栅极9。
51.其中，衬底层1、成核过渡层2、gan缓冲层3、gan沟道层4、al
1-x
sc
x
n势垒层5依次层叠，15％≤x≤25％。al
1-y
scyn帽层6、源极7和漏极8均位于al
1-x
sc
x
n势垒层5上，al
1-y
scyn帽层6位于源极7和漏极8之间，且al
1-y
scyn帽层6的端部与源极7、漏极8相接触，y＞30％，源极7和漏极8相互分离且对称分布。栅极9位于源极7和漏极8之间的al
1-y
scyn帽层6上。
52.本实施例中，al
1-y
scyn帽层6中sc掺杂浓度须大于al
1-x
sc
x
n势垒层5中sc掺杂浓度。
53.具体的，一方面，alscn中sc组分在＞30％时，会表现出明显的铁电特性，使用其铁电极化特性做帽层，运用其铁电畴结构灵活可调的特点，能实现hemt器件在栅控2deg浓度的基础上引入灵活可逆且非易失性的调控，若sc含量较小，alscn表现出压电性能，无法做到这一点，所以本实施例采用掺杂浓度大于30％的al
1-y
scyn作帽层。另一方面，sc组分在25％以下，alscn主要表现出良好的压电特性，这种材料在此组分条件下的压电系数比algan大，使用sc掺杂浓度在15％～25％之间的alscn作为势垒层，可以有效增大hemt器件alscn/gan界面处2deg的载流子浓度，从而提高hemt的漏极电流。进一步的，若alscn势垒层sc浓度若选择较大，hemt器件则会形成铁电/gan的mfs结构，这种异质结构虽然会存在更高浓度的2deg，但直接生长铁电/gan异质结构时很难形成理想的界面；对于在gan上生长具有良好铁电特性的外延层来说，也很难达到完美的质量；这是由于大的界面散射和界面态密度存在于界面处，这样载流子的输运特性就会被破坏；另外，因为铁电/gan形成异质结后会呈现出很小的带阶，而且量子限制作用不强，铁电层里可能存在扩散的载流子，可能会使hemt器件的电学特性不升反降。
54.进一步的，本实施例可利用al
1-y
scyn帽层的铁电性实现增强型gan hemt器件。
55.具体的，在实际应用中，如果作为开关器件应用，考虑到系统的安全问题，需要器件在不施加栅压的时候沟道可以保持着关断的状态；如果考虑到实际电路中的功率消耗问题，对于耗尽型器件来说，需要栅极施加额外的电压将器件关断。而增强型器件的栅极不需要施加额外的电压就可以将其关断。因此，考虑到实际工作中的系统的安全、功耗以及电路
设计的简化，制作增强型器件是很有必要的。而al
1-y
scyn帽层沉积在al
1-x
sc
x
n/gan表面后，在铁电/al
1-x
sc
x
n界面的铁电极化电荷会调制下方al
1-x
sc
x
n/gan异质结的能带，从而影响铁电/al
1-x
sc
x
n/gan整体的电荷分布；通过施加不同大小的外电场，可以调控铁电极化电荷的方向和改变铁电极化强度，从而实现增大或减小沟道中的2deg密度。铁电材料的铁电极化特性越强，则器件对2deg密度的可调范围与控制能力更大；异质结的沟道会在alscn的铁电调控作用下更易实现全耗尽，这样量子阱就不能形成；栅极偏压为零时沟道耗尽，为关闭状态，需要加正的偏压才能使沟道导通，实现器件的增强型特点。
56.因此，本实施例通过使用一层sc掺杂浓度大于30％的al
1-y
scyn铁电薄膜作为gan hemt器件的帽层材料，sc掺杂浓度为15％～25％的al
1-x
sc
x
n作为势垒层，两种不同sc掺杂浓度的alscn薄膜在界面处晶格匹配度较好，既可通过压电极化特性使异质结处产生更高浓度的2deg，增加hemt器件的漏极电流，又能通过铁电极化对hemt进行非易失性调控，使阈值电压从负值变为正值，实现增强型hemt器件，同时减小了漏极电流崩塌，显著提升了器件的电学性能。
57.本实施例使用aln作为gan hemt的成核过渡层，解决了衬底与gan缓冲层存在的晶格不匹配问题，减小了该失配引起的界面张力；同时可以减小界面失配、缺陷或陷阱效应引起的电流崩塌，降低静态电流泄漏。
58.在一个具体实施例中，衬底层1的材料包括硅单晶，例如硅111单晶；成核过渡层2的材料包括aln，厚度为40-60nm；gan缓冲层3的材料包括c掺杂的gan，厚度为600-1500nm；gan沟道层4的厚度为100-300nm；al
1-x
sc
x
n势垒层5的厚度为15-35nm；al
1-y
scyn帽层6的厚度为5-10nm；源极7和漏极8的厚度均为320nm，栅极9的厚度为150nm。
59.在一个具体实施例中，al
1-x
sc
x
n势垒层5中sc掺杂浓度为25％，al
1-y
scyn帽层6中sc掺杂浓度为40％。
60.综上，本实施例的gan hemt器件具有如下优点：采用掺杂浓度y大于30％的al
1-y
scyn作为帽层，使得gan hemt的2deg调控作用更强，更易实现hemt的增强型工作模式；使用al
1-y
scyn作为gan hemt帽层结构，既防止了al
1-x
sc
x
n势垒层表面氧化，又可以降低外沟道电子隧穿到表面的几率，进而抑制电流崩塌；将sc掺杂浓度大于30％的al
1-y
scyn帽层生长于sc掺杂浓度为15％～25％的al
1-x
sc
x
n势垒层之上，晶格完全匹配，薄膜结晶质量较好，更能保持其铁电性能。
61.实施例二
62.在实施例一的基础上，请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种基于alscn的增强型gan hemt器件的制备方法的过程示意图。该制备方法包括步骤：
63.s1、在衬底层1上制备成核过渡层2。
64.s2、在成核过渡层2上制备gan缓冲层3。
65.s3、在gan缓冲层3上制备gan沟道层4。
66.s4、采用金属有机化合物化学气相沉淀方法，在gan沟道层4上制备al
1-x
sc
x
n势垒层5，其中，15％≤x≤25％。
67.s5、采用磁控溅射法或者原子层淀积工艺，在al
1-x
sc
x
n势垒层5制备al
1-y
scyn帽层6，其中，y＞30％。
68.s6、在al
1-x
sc
x
n势垒层5的一端制备源极7，另一端制备漏极8，使得源极7和漏极8
相互分离且对称分布，且al
1-y
scyn帽层6位于源极7和漏极8之间，同时al
1-y
scyn帽层6的端部与源极7、漏极8相接触。
69.s7、在al
1-y
scyn帽层6上制备栅极9，使得栅极9位于源极7和漏极8之间。
70.以al
1-x
sc
x
n势垒层5中sc掺杂浓度为25％，al
1-y
scyn帽层6中sc掺杂浓度为40％为例，该制备方法具体包括步骤：
71.s1、在衬底层1上制备成核过渡层2。
72.首先，对陈底层1表面进行预处理。具体的，将si111衬底层1固定在清洗架中进行清洗，首先将样品置于丙酮中超声清洗5-10min；之后将丙酮清洗过的样品置于异丙醇中超声清洗5-10min；再将经过异丙醇清洗过的样品放置在去离子水中超声清洗3min。经过上述步骤清洗，将样品表面油污及氧化物等杂质去除。将用去离子水清洗过后的si衬底层1用氮气枪吹干以备后用。
73.然后，利用磁控溅射法在衬底层1上生长aln成核过渡层2。使用纯度为99.999％的纯铝al金属靶材作为溅射靶材，溅射温度为550℃，腔室压强为5mtorr，在高纯氮气、氩气的气体流量比为2:1的氛围下以130w的溅射功率进行溅射生长，溅射时长为10min，得到aln成核过渡层2。
74.s2、在成核过渡层2上制备gan缓冲层3。
75.具体的，使用分子束外延法molecular beam epitaxy，mbe制备c掺杂的gan缓冲层3。调试mbe设备至衬底为850℃，等离子发生器功率为450w，通入ga源束流流量为5.6*10-8
torr，c源束流流量为2.0*10-8
torr，氮气流量为1sccm，保持上述状态稳定生长3h制得c掺杂的gan缓冲层。
76.s3、在gan缓冲层3上制备gan沟道层4。
77.具体的，使用mbe生长gan沟道层4。设置工艺参数为衬底温度850℃，等离子发生器功率为450w，通入ga源束流流量为5.6*10-8
torr，氮气流量为1sccm，保持上述状态稳定生长1.5h，得到gan沟道层。
78.s4、采用金属有机化合物化学气相沉淀方法，在gan沟道层4上制备al
1-x
sc
x
n势垒层5。
79.具体的，使用采用金属有机化合物化学气相沉淀方法metal-organic chemical vapor deposition，mocvd生长sc掺杂浓度为25％的al
0.75
sc
0.25
n势垒层5。使得金属有机化合物化学气相沉淀设备中衬底温度保持为1200℃，设置压强为60torr，以nh3、tmal和cp3sc作为反应源，以h2为载气，其中tmal摩尔流速设置为11.5μmol/min，nh3摩尔流速设置为0.165mol/min，cp3sc摩尔流速设置为5.5μmol/min，生长时间为10min，制备得到al
0.75
sc
0.25
n势垒层5。
80.本实施例使用sc掺杂浓度为25％的al
0.75
sc
0.25
n作为gan hemt器件的势垒层，利用其高自发极化和压电极化特性，在alscn/gan异质结处形成高浓度2deg，提高gan hemt的漏极电流。
81.本实施例使用金属有机化学气相沉积法生长al
1-x
sc
x
n势垒层，既能保证al
1-x
sc
x
n材料以较高质量生长，又能通过其远高于algan的压电极化特性，使al
1-x
sc
x
n/gan异质界面处形成的2deg载流子密度相较于algan/gan异质界面处大幅增加，从而提高跨导以及漏极电流，使gan hemt具有良好的器件特性。
82.s5、采用磁控溅射法或者原子层淀积工艺，在al
1-x
sc
x
n势垒层5制备al
1-y
scyn帽层6。
83.具体的，采用磁控溅射法生长sc掺杂浓度为40％的al
0.6
sc
0.4
n帽层6。使用纯度为99.999％的纯铝al金属靶材与纯度为99.99％的纯钪sc金属靶材作为alscn薄膜的溅射靶材，将样品置于磁控溅射pc腔室内，抽腔室真空度为1e-6torr后设置腔室气体压力为10mtorr，待气压稳定后设置两种靶材的溅射功率为50w，预溅射10min使al靶和sc靶稳定起辉。预溅射结束后调整腔室气体为氮气流量控制20sccm，高纯氮气与高纯氩气的气体流量比为2:1，通过改变纯铝金属靶材和纯钪金属靶材的溅射功率来调控alscn的sc浓度，al靶溅射功率设置为600w，sc靶溅射功率设置为400w，溅射时长3min，制备具有良好晶粒质量的al
0.6
sc
0.4
n帽层。
84.本实施例使用sc掺杂浓度为40％的al
0.6
sc
0.4
n铁电薄膜作为gan hemt器件的帽层，使用其铁电极化特性调控hemt器件的2deg浓度，提高晶体管的栅控能力，实现gan hemt的增强型工作模式。
85.本发明的制备方法使用磁控溅射法制备al
1-y
scyn帽层，工艺简单易操作，生产周期短，成本低，适用于大规模生产环境。
86.需要说明的是，使用金属有机化学气相沉积法生长得到的材料质量会较好，由于al
1-x
sc
x
n势垒层是生长在gan上的，al
1-x
sc
x
n与gan的晶格匹配度交叉，因此采用mocvd方法生长al
1-x
sc
x
n势垒层；而磁控溅射法操作比较方便，制备起来比较快，由于al
1-x
sc
x
n势垒层与al
1-y
scyn帽层是同一种材料，晶格本身比较匹配，因此采用磁控溅射法生长al
1-y
scyn帽层。
87.s6、在al
1-x
sc
x
n势垒层5的一端制备源极7，另一端制备漏极8，使得源极7和漏极8相互分离且对称分布，且al
1-y
scyn帽层6位于源极7和漏极8之间，同时al
1-y
scyn帽层6的端部与源极7、漏极8相接触。
88.具体的，在al
0.6
sc
0.4
n帽层两端采用标准光刻工艺进行光刻和刻蚀，去除两端的al
0.6
sc
0.4
n铁电薄膜。然后使用电子束蒸发技术在器件al
0.75
sc
0.25
n势垒层5位置淀积ti/al/ni/au四层金属电极，其厚度依次为20nm、150nm、50nm和100nm。之后将淀积完成后的样品放置在高温退火炉中以800℃温度的n2氛围中快速退火30s，形成源极7与漏极8。
89.s7、在al
1-y
scyn帽层6上制备栅极9，使得栅极9位于源极7和漏极8之间。
90.具体的，采用电子束蒸发技术在al
0.6
sc
0.4
n帽层上中间位置依次淀积ni/au双层金属，其厚度分别为50nm和100nm，并在700℃温度的n2氛围中快速热退火1min，形成栅极，完成gan hemt器件制备。
91.本实施例的制备方法工艺简单易操作，不同sc组分的alscn帽层与alscn势垒层晶格匹配度较好，成膜质量高且生产成本低，不仅适用于现有的hemt制备工艺，而且所需流程时间短，可在优化器件性能的基础上大幅降低成本，可实施性较强，使hemt器件的制备具有更强的操作性，适用于大规模生产环境。
92.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于alscn的增强型gan hemt器件，其特征在于，包括：衬底层(1)、成核过渡层(2)、gan缓冲层(3)、gan沟道层(4)、al
1-x
sc
x
n势垒层(5)、al
1-y
sc
y
n帽层(6)、源极(7)、漏极(8)和栅极(9)，其中，所述衬底层(1)、所述成核过渡层(2)、所述gan缓冲层(3)、所述gan沟道层(4)、所述al
1-x
sc
x
n势垒层(5)依次层叠，15％≤x≤25％；所述al
1-y
sc
y
n帽层(6)、所述源极(7)和所述漏极(8)均位于所述al
1-x
sc
x
n势垒层(5)上，所述al
1-y
sc
y
n帽层(6)位于所述源极(7)和所述漏极(8)之间，且所述al
1-y
sc
y
n帽层(6)的端部与所述源极(7)、所述漏极(8)相接触，y＞30％，所述源极(7)和所述漏极(8)相互分离且对称分布；所述栅极(9)位于所述源极(7)和所述漏极(8)之间的所述al
1-y
sc
y
n帽层(6)上。2.根据权利要求1所述的基于alscn的增强型gan hemt器件，其特征在于，所述衬底层(1)的材料包括硅单晶；所述成核过渡层(2)的材料包括aln，厚度为40-60nm；所述gan缓冲层(3)的材料包括c掺杂的gan，厚度为600-1500nm；gan沟道层(4)的厚度为100-300nm；al
1-x
sc
x
n势垒层(5)的厚度为15-35nm；al
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sc
y
n帽层(6)的厚度为5-10nm；所述源极(7)和所述漏极(8)的厚度均为320nm，所述栅极(9)的厚度为150nm。3.根据权利要求1所述的基于alscn的增强型gan hemt器件，其特征在于，所述al
1-x
sc
x
n势垒层(5)中sc掺杂浓度为25％。4.根据权利要求1所述的基于alscn的增强型gan hemt器件，其特征在于，所述al
1-y
sc
y
n帽层(6)中sc掺杂浓度为40％。5.一种基于alscn的增强型gan hemt器件的制备方法，其特征在于，包括步骤：在衬底层(1)上制备成核过渡层(2)；在所述成核过渡层(2)上制备gan缓冲层(3)；在所述gan缓冲层(3)上制备gan沟道层(4)；采用金属有机化合物化学气相沉淀方法，在所述gan沟道层(4)上制备al
1-x
sc
x
n势垒层(5)，其中，15％≤x≤25％；采用磁控溅射法或者原子层淀积工艺，在所述al
1-x
sc
x
n势垒层(5)制备al
1-y
sc
y
n帽层(6)，其中，y＞30％；在所述al
1-x
sc
x
n势垒层(5)的一端制备源极(7)，另一端制备漏极(8)，使得所述源极(7)和所述漏极(8)相互分离且对称分布，且al
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sc
y
n帽层(6)位于所述源极(7)和所述漏极(8)之间，同时所述al
1-y
sc
y
n帽层(6)的端部与所述源极(7)、所述漏极(8)相接触；在所述al
1-y
sc
y
n帽层(6)上制备栅极(9)，使得所述栅极(9)位于所述源极(7)和所述漏极(8)之间。6.根据权利要求5所述的基于alscn的增强型gan hemt器件的制备方法，其特征在于，采用金属有机化合物化学气相沉淀方法，在所述gan沟道层(4)上制备al
1-x
sc
x
n势垒层(5)，包括：使得金属有机化合物化学气相沉淀设备中衬底温度保持为1200℃，设置压强为
60torr，以nh3、tmal和cp3sc作为反应源，以h2为载气，其中tmal摩尔流速设置为11.5μmol/min，nh3摩尔流速设置为0.165mol/min，cp3sc摩尔流速设置为5.5μmol/min，生长时间为10min，制备得到所述al
1-x
sc
x
n势垒层(5)。7.根据权利要求6所述的基于alscn的增强型gan hemt器件的制备方法，其特征在于，所述al
1-x
sc
x
n势垒层(5)中sc掺杂浓度为25％。8.根据权利要求5所述的基于alscn的增强型gan hemt器件的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射法或者原子层淀积工艺，在所述al
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sc
x
n势垒层(5)制备al
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sc
y
n帽层(6)，包括：利用磁控溅射法，使用纯度为99.999％的纯铝金属靶材与纯度为99.99％的纯钪金属靶材作为alscn薄膜的溅射靶材，pc腔室真空度为1e-6torr，腔室气体压力为10mtorr，两种靶材的溅射功率为50w，预溅射10min；预溅射结束后，调整氮气流量为20sccm，氮气与氩气的气体流量比为2:1，通过改变纯铝金属靶材和纯钪金属靶材的溅射功率来调控al
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sc
y
n帽层(6)中sc浓度，溅射时长为3min，制备得到al
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sc
y
n帽层(6)。9.根据权利要求8所述的基于alscn的增强型gan hemt器件的制备方法，其特征在于，所述al
1-y
sc
y
n帽层(6)中sc掺杂浓度为40％。

技术总结
本发明涉及一种基于AlScN的增强型GaN HEMT器件及其制备方法，GaN HEMT器件包括：衬底层、成核过渡层、GaN缓冲层、GaN沟道层、Al


技术研发人员：常晶晶 师小鸥 魏葳 林珍华 袁海东 张进成 郝跃
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/9/5