CN113659006B - 一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件及其生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件，在基底上采用MOCVD技术进行异质外延生长；包括：从下至上依次层叠的基底、第一GaN层、耗尽高阻区、AlzGa1‑zN层、2DEG通道、AlN层、AlGaN层、第二GaN层。本发明采用GaN/AlxGa1‑xN‑SL等组分渐变组合的超晶格结构，可以减小材料生长的应力，同时由于材料禁带宽度有基底向上逐步增加，使背景电子向低能量区移动，形成指向基底的内建电场，从而产生局部区域耗尽层，极大降低自由电子浓度，形成相对高阻区域，降低电流崩塌和漏电通道。
Description
技术领域
本发明涉及新型半导体技术领域，具体的说涉及一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件及其生长方法。
背景技术
以氮化镓(GaN)和氮化铝(AlN)为代表的第三代宽禁带半导体，以其宽的禁带常数、更高的电子迁移率、抗辐射能力强、击穿电场强度好、耐高温等特点，正受到人们的广泛关注，以化合物AlGaN/GaN为基础的异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)，(或异质结场效应晶体管HFET，调制掺杂场效应晶体管MODFET，以下统称为HEMT芯片)在半导体领域已经取得广泛应用。其芯片具有反向阻断电压高、正向导通电阻低、工作频率高等特性，因此可以满足***对半导体器件更大功率、更高频率、更小体积工作的要求，随着科技进步，对HEMT芯片的性能和可靠性要求越来越高，但是由于第三代半导体材料外延生长的方法和结构目前仍然存在很多问题；
其一：增大输出电流，提升输出功率，随着应用方向拓展，HMET的输出电流和功率需要更多提升，目前HMET的电流输出提升在于提升2DEG(二维电子气)浓度，以及传统双异质结结构双通道或多通道2DEG，AlGaN/GaN/AlGaN/GaN，InAlN/GaN/InAlN/GaN，AlN/GaN/AlN/GaN或其他异质结交替顺序排列，这种结构在两边的窄禁带材料出现各自的2DEG，内建电场方向一致，但是在中间的两个异质结也会出现2DEG，且内建电场方向和两边的相反，虽然两通道或者多通道2DEG可以增大电流输出，但同样传统两通道结构的中间异质结处反向电场会使栅极电压控制的不稳定和夹断电流特性较差，中间反向电场会消弱栅极对电流的控制，不利于整体性能.
其二：高的GaN背景电子浓度导致漏电通道和寄生电流，采用在GaN的外延生长中通入Fe，Cr，Mg等金属元素形成深能级缺陷或提供空穴补偿剩余载流子从而获得高阻值的GaN`层虽然可以提升GaN高阻态，外延层掺杂不易控制会产生材料变差，同时引入杂质会使沟道2DEG的迁移率下降，影响器件特性迫切需要新的方法提升。
其三：HMET外延最重要问题就是在外延生长过程中会出现缺陷，尤其是在材料的接触界面，会产生很多晶格适配问题，单层厚的材料在厚度增长过程中会出现裂纹、位错，尤其是Al组分高的情况下。
因此，提供一种总体晶体质量、附加电阻低的基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件及其生长方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种通过第一通道势垒层AlGaN的Al组分渐变生长技术，提升了此层材料的总体晶体质量，同时减小了材料和表面GaN接触晶格适配引起的附加电阻的基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件，在基底上采用MOCVD技术进行异质外延生长；
其中，所述HEMT外延器件包括：从下至上依次层叠的基底、第一GaN层、耗尽高阻区、AlzGa1-zN层、2DEG通道、AlN层、AlGaN层、第二GaN层。
进一步，所述基底为蓝宝石、硅、GaN、AlN、SiC中的任一种。
进一步，所述耗尽高阻区从下至上依次包括：GaN/AlxGa1-xN-SL层、GaN/AlyGa1-yN-SL层、GaN/AlzGa1-zN-SL层和AlaGa1-aN/AlzGa1-zN-SL层；
且所述耗尽高阻区自上而下的内建电场逐渐降低。
更进一步，所述GaN/AlxGa1-xN-SL层中0<x≤0.1，所述GaN/AlxGa1-xN-SL层厚度为40-200nm；
所述GaN/AlyGa1-yN-SL层中0.1<y≤0.2，所述GaN/AlyGa1-yN-SL层厚度为40-200nm；
所述GaN/AlzGa1-zN-SL层中0.2<z≤0.3，所述GaN/AlzGa1-zN-SL层厚度为40-200nm；
所述AlaGa1-aN/AlzGa1-zN-SL层中0.1<a≤0.2，0.2<z≤0.3，所述AlaGa1-aN/AlzGa1- zN-SL层厚度为40-200nm。
进一步，所述2DEG通道为双2DEG通道或多2DEG通道。
更进一步，所述双2DEG通道从下至上依次包括：第三GaN层、InAlN层；
其中所述第三GaN层厚度为100-300nm，所述InAlN层厚度为50-150nm。
更进一步，所述多2DEG通道从下至上依次包括：AlInGaN或者InGaN层、第三GaN层、InAlN层；
其中，AlInGaN或者InGaN层的厚度为100-200nm，所述所述第三GaN层厚度为100-300nm，所述InAlN层厚度为50-150nm。
进一步，所述AlzGa1-zN层为Al组分的渐变层；所述AlzGa1-zN层中0.2<z≤0.3，所述AlzGa1-zN层中Al组分由z逐渐渐变为0，所述AlzGa1-zN层的厚度为10-30nm；
所述AlGaN层为Al组分的渐变层；所述AlGaN层中Al组分由0.25-0.35渐变为0。
更进一步，所述第一GaN层的厚度为110-220nm；
所述AlN层的厚度为1-2nm；所述AlGaN层的厚度为20-50nm；所述第二GaN层的厚度为5-10nm。
本发明还提供了所述的基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件的生长方法，包括以下步骤：
(1)(1)将基底通过稀盐酸和异丙醇清洗，再用水冲洗然后甩干，放入MOCVD设备中烘烤；
(2)通入三甲基镓和氨气在基底上生长出第一GaN层；
(3)通入三甲基铝、三甲基镓和氨气生长出GaN/AlxGa1-xN-SL层；
(4)通入三甲基铝、三甲基镓和氨气生长出GaN/AlyGa1-yN-SL层；
(5)通入三甲基铝、三甲基镓和氨气生长出GaN/AlzGa1-zN-SL层；
(6)通入三甲基铝、三甲基镓和氨气生长出AlaGa1-aN/AlzGa1-zN-SL层；
(7)通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，设置三甲基铝的生长流量逐步递减到0sccm，三甲基镓的源流量设置不变，生长出Al组分渐变的的AlzGa1-zN层；
(8)通入三甲基镓和氨气生长出第三GaN层；
(9)通入三甲基铝、三甲基铟和氨气，生长出铝的组分0.82，铟的组分0.18的InAlN层；
(10)通入三甲基铝和氨气，生长出AlN层；
(11)通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，设置三甲基镓的生长流量不变，三甲基铝的源流量设置在生长此层至结束逐步递减到0sccm，生长出铝组分渐变的AlGaN层；
(12)通入三甲基镓和氨气生长出第二GaN层，得到HEMT外延器件。
进一步，步骤(1)中所述烘烤温度为1200℃，烘烤时间为10min。
进一步，步骤(2)中所述第一GaN层的具体生长方法为：
将设备降温到500℃，气压150torr，通入三甲基镓和氨气生长一层10-20nm的GaN，然后升温到1020℃，气压250torr，生长100-200nmGaN；
进一步，步骤(3)中所述GaN/AlxGa1-xN-SL层的具体生长方法为：
在1040℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层1-2nm的AlxGa1-xN；然后在1030℃，气压280torr，生长一层1-2nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长20-50个周期；
进一步，步骤(4)中所述GaN/AlyGa1-yN-SL层的具体生长方法为：
在1050℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层1-2nm的AlyGa1-yN；然后在1040℃，气压280torr，生长一层1-2nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长20-50个周期；
进一步，步骤(5)中所述GaN/AlzGa1-zN-SL层的具体生长方法为：
在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层1-2nm的AlzGa1-zN；然后在1040℃，气压280torr，生长一层1-2nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长20-50个周期。
进一步，步骤(6)中所述AlaGa1-aN/AlzGa1-zN-SL层的具体生长方法为：
在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层1-2nm的AlaGa1-aN；在相同情况下继续生长一层1-2nm的AlzGa1-zN；然后重复上述操作循环周期生长20-50个周期。
进一步，步骤(7)中所述AlzGa1-zN层的具体生长方法为：
在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，设置三甲基铝的生长流量逐步递减到0sccm，三甲基镓的源流量设置不变，生长一层Al组分逐步减小到0的AlGaN→GaN的组分渐变层；
进一步，步骤(8)中所述第三GaN层的具体生长方法为：
在温度1030℃，气压250torr，通入三甲基镓和氨气生长第三GaN层；
进一步，步骤(9)中所述InAlN层的具体生长方法为：
在温度900℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基铟和氨气，生长一层InAlN，其中铝的组分0.82，铟的组分0.18。
进一步，步骤(10)中所述AlN层的具体生长方法为：
在1070℃，气压350torr，通入三甲基铝和氨气，生长AlN层；
进一步，步骤(11)中所述AlGaN层的具体生长方法为：
在1050℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长铝组分渐变为0的AlGaN层，起始的铝组分含量为0.25-0.35，设置三甲基镓的生长流量不变，三甲基铝的源流量设置在生长此层至结束逐步递减到0sccm；
进一步，步骤(12)中所述第二GaN层的具体生长方法为：
在温度1030℃，气压250torr，通入三甲基镓和氨气生长出第二GaN层。
本发明的有益效果在于：本发明通过采用AlGaN/InAlN/GaN三种禁带宽带递减材料或者四种或更多种禁带宽度递减材料，禁带宽度递减材料组合能够产生双通道2DEG，或者多沟道2DEG；因异质结材料导带能级持续降低，所以所产生的两个或多个2DEG均出现于同侧低禁带宽度材料处且内建电场方向一致，当栅极施加反偏电压时候，可以迅速夹断，利于栅极电压的控制，提升了I-V特性，消除了漏电流的影响，提升高电流增益和截止频率，增强器件的高频性能和输出功率。
本发明采用GaN/AlxGa1-xN-SL等组分渐变组合的超晶格结构，可以减小材料生长的应力，同时由于材料禁带宽度有基底向上逐步增加，使背景电子向低能量区移动，形成指向基底的内建电场，从而产生局部区域耗尽层，极大降低自由电子浓度，形成相对高阻区域，降低电流崩塌和漏电通道。
本发明通过第一通道势垒层AlGaN的Al组分渐变生长技术，提升了此层材料的总体晶体质量，同时减小了材料和表面GaN接触晶格适配引起的附加电阻。
附图说明
图1为本发明提供的多2DEG通道HEMT外延结构图；
图2为本发明提供的双2DEG通道HEMT外延层中2DEG位置示意图；
图3为本发明提供的多2DEG通道HEMT外延层中2DEG位置示意图；
图4为耗尽高阻区示意图。
附图中，各标号所代表的结构列表如下：1-基底、2-第一GaN层、3-耗尽高阻区、4-AlzGa1-zN层、5-2DEG通道、6-AlN层、7-AlGaN层、8-第二GaN层；
31-GaN/AlxGa1-xN-SL层、32-GaN/AlyGa1-yN-SL层、33-GaN/AlzGa1-zN-SL层、34-AlaGa1-aN/AlzGa1-zN-SL层、51-AlInGaN或者InGaN层、52-第三GaN层、53-InAlN层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件，运用金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)外延生长技术，采用三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、三甲基铝(TMAl)、氨气(NH3)、硅烷(SiH4)分别提供生长所需要的镓源、铟源、铝源、氮源、硅源，以氮气、氢气作为载气；
(1)将基底用稀盐酸和异丙醇清洗，再用水冲洗然后甩干，放入MOCVD设备中1200℃烘烤10min；
(2)将设备降温到500℃，气压150torr，通入三甲基镓和氨气生长一层10nm的GaN，然后升温到1020℃，气压250torr，生长100nmGaN；
(3)在1040℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层1nm的Al0.01Ga0.99N；然后在1030℃，气压280torr，生长一层1nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长20个周期；
(4)在1050℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层1nm的Al0.11Ga0.89N；然后在1040℃，气压280torr，生长一层1nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长20个周期；
(5)在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层1nm的Al0.21Ga0.79N；然后在1040℃，气压280torr，生长一层1nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长20个周期；
(6)在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层1nm的Al0.11Ga0.89N；在相同情况下继续生长一层1nm的Al0.21Ga0.79N；然后重复上述操作循环周期生长20个周期；
(7)在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，设置三甲基铝的生长流量逐步递减到0sccm，三甲基镓的源流量设置不变，生长一层Al组分逐步减小到0的10nm厚的AlGaN→GaN的组分渐变层；
(8)在温度1030℃，气压250torr，通入三甲基镓和氨气生长100nm厚的第三GaN层；
(9)在温度900℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基铟和氨气，生长50nm厚的InAlN层，其中铝的组分0.82，铟的组分0.18；
(10)在1070℃，气压350torr，通入三甲基铝和氨气，生长1nm厚的AlN层；
(11)在1050℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长铝组分渐变为0的20nm厚的AlGaN层，起始的铝组分含量为0.25，设置三甲基镓的生长流量不变，三甲基铝的源流量设置在生长此层至结束逐步递减到0sccm；
(12)在温度1030℃，气压250torr，通入三甲基镓和氨气生长出5nm厚的第二GaN层，得到HEMT外延器件。
实施例2
一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件，运用金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)外延生长技术，采用三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、三甲基铝(TMAl)、氨气(NH3)、硅烷(SiH4)分别提供生长所需要的镓源、铟源、铝源、氮源、硅源，以氮气、氢气作为载气；
(1)将基底用稀盐酸和异丙醇清洗，再用水冲洗然后甩干，放入MOCVD设备中1200℃烘烤10min；
(2)将设备降温到500℃，气压150torr，通入三甲基镓和氨气生长一层20nm的GaN，然后升温到1020℃，气压250torr，生长200nmGaN；
(3)在1040℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层2nm的Al0.1Ga0.9N；然后在1030℃，气压280torr，生长一层2nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长50个周期；
(4)在1050℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层2nm的Al0.2Ga0.8N；然后在1040℃，气压280torr，生长一层2nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长50个周期；
(5)在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层2nm的Al0.3Ga0.7N；然后在1040℃，气压280torr，生长一层2nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长50个周期；
(6)在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层2nm的Al0.2Ga0.8N；在相同情况下继续生长一层2nm的Al0.3Ga0.7N；然后重复上述操作循环周期生长50个周期；
(7)在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，设置三甲基铝的生长流量逐步递减到0sccm，三甲基镓的源流量设置不变，生长一层Al组分逐步减小到0的30nm厚的AlGaN→GaN的组分渐变层；
(8)在温度1030℃，气压250torr，通入三甲基镓和氨气生长300nm厚的第三GaN层；
(9)在温度900℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基铟和氨气，生长150nm厚的InAlN层，其中铝的组分0.82，铟的组分0.18；
(10)在1070℃，气压350torr，通入三甲基铝和氨气，生长2nm厚的AlN层；
(11)在1050℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长铝组分渐变为0的50nm厚的AlGaN层，起始的铝组分含量为0.35，设置三甲基镓的生长流量不变，三甲基铝的源流量设置在生长此层至结束逐步递减到0sccm；
(12)在温度1030℃，气压250torr，通入三甲基镓和氨气生长出10nm厚的第二GaN层，得到HEMT外延器件。
实施例3
一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件，运用金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)外延生长技术，采用三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、三甲基铝(TMAl)、氨气(NH3)、硅烷(SiH4)分别提供生长所需要的镓源、铟源、铝源、氮源、硅源，以氮气、氢气作为载气；
(1)将基底用稀盐酸和异丙醇清洗，再用水冲洗然后甩干，放入MOCVD设备中1200℃烘烤10min；
(2)将设备降温到500℃，气压150torr，通入三甲基镓和氨气生长一层12nm的GaN，然后升温到1020℃，气压250torr，生长150nmGaN；
(3)在1040℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层2nm的Al0.05Ga0.95N；然后在1030℃，气压280torr，生长一层2nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长30个周期；
(4)在1050℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层2nm的Al0.15Ga0.85N；然后在1040℃，气压280torr，生长一层1nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长35个周期；
(5)在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层2nm的Al0.25Ga0.75N；然后在1040℃，气压280torr，生长一层2nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长40个周期；
(6)在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层2nm的Al0.15Ga0.85N；在相同情况下继续生长一层1nm的Al0.25Ga0.75N；然后重复上述操作循环周期生长25个周期；
(7)在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，设置三甲基铝的生长流量逐步递减到0sccm，三甲基镓的源流量设置不变，生长一层Al组分逐步减小到0的20nm厚的AlGaN→GaN的组分渐变层；
(8)在温度1030℃，气压250torr，通入三甲基镓和氨气生长200nm厚的第三GaN层；
(9)在温度900℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基铟和氨气，生长100nm厚的InAlN层，其中铝的组分0.82，铟的组分0.18；
(10)在1070℃，气压350torr，通入三甲基铝和氨气，生长2nm厚的AlN层；
(11)在1050℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长铝组分渐变为0的30nm厚的AlGaN层，起始的铝组分含量为0.3，设置三甲基镓的生长流量不变，三甲基铝的源流量设置在生长此层至结束逐步递减到0sccm；
(12)在温度1030℃，气压250torr，通入三甲基镓和氨气生长出7nm厚的第二GaN层，得到HEMT外延器件。
实施例4
一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件，运用金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)外延生长技术，采用三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、三甲基铝(TMAl)、氨气(NH3)、硅烷(SiH4)分别提供生长所需要的镓源、铟源、铝源、氮源、硅源，以氮气、氢气作为载气；
(1)将基底用稀盐酸和异丙醇清洗，再用水冲洗然后甩干，放入MOCVD设备中1200℃烘烤10min；
(2)将设备降温到500℃，气压150torr，通入三甲基镓和氨气生长一层15nm的GaN，然后升温到1020℃，气压250torr，生长120nmGaN；
(3)在1040℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层1nm的Al0.06Ga0.94N；然后在1030℃，气压280torr，生长一层1nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长45个周期；
(4)在1050℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层1nm的Al0.12Ga0.88N；然后在1040℃，气压280torr，生长一层2nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长36个周期；
(5)在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层2nm的Al0.23Ga0.77N；然后在1040℃，气压280torr，生长一层1nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长27个周期；
(6)在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层2nm的Al0.16Ga0.84N；在相同情况下继续生长一层2nm的Al0.23Ga0.77N；然后重复上述操作循环周期生长42个周期；
(7)在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，设置三甲基铝的生长流量逐步递减到0sccm，三甲基镓的源流量设置不变，生长一层Al组分逐步减小到0的25nm厚的AlGaN→GaN的组分渐变层；
(8)在温度1030℃，气压250torr，通入三甲基镓和氨气生长220nm厚的第三GaN层；
(9)在温度900℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基铟和氨气，生长80nm厚的InAlN层，其中铝的组分0.82，铟的组分0.18；
(10)在1070℃，气压350torr，通入三甲基铝和氨气，生长1nm厚的AlN层；
(11)在1050℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长铝组分渐变为0的20-50nm厚的AlGaN层，起始的铝组分含量为0.28，设置三甲基镓的生长流量不变，三甲基铝的源流量设置在生长此层至结束逐步递减到0sccm；
(12)在温度1030℃，气压250torr，通入三甲基镓和氨气生长出8nm厚的第二GaN层，得到HEMT外延器件。
实施例5
一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件，运用金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)外延生长技术，采用三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、三甲基铝(TMAl)、氨气(NH3)、硅烷(SiH4)分别提供生长所需要的镓源、铟源、铝源、氮源、硅源，以氮气、氢气作为载气；
(1)将基底用稀盐酸和异丙醇清洗，再用水冲洗然后甩干，放入MOCVD设备中1200℃烘烤10min；
(2)将设备降温到500℃，气压150torr，通入三甲基镓和氨气生长一层18nm的GaN，然后升温到1020℃，气压250torr，生长165nmGaN；
(3)在1040℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层2nm的Al0.08Ga0.92N；然后在1030℃，气压280torr，生长一层2nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长36个周期；
(4)在1050℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层2nm的Al0.17Ga0.83N；然后在1040℃，气压280torr，生长一层2nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长43个周期；
(5)在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层2nm的Al0.24Ga0.76N；然后在1040℃，气压280torr，生长一层2nm的GaN；然后重复上述操作循环周期生长28个周期；
(6)在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长一层2nm的Al0.13Ga0.87N；在相同情况下继续生长一层1nm的Al0.24Ga0.76N；然后重复上述操作循环周期生长50个周期；
(7)在1060℃，气压330torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，设置三甲基铝的生长流量逐步递减到0sccm，三甲基镓的源流量设置不变，生长一层Al组分逐步减小到0的24nm厚的AlGaN→GaN的组分渐变层；
(8)在温度1030℃，气压250torr，通入三甲基镓和氨气生长260nm厚的第三GaN层；
(9)在温度900℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基铟和氨气，生长110nm厚的InAlN层，其中铝的组分0.82，铟的组分0.18；
(10)在1070℃，气压350torr，通入三甲基铝和氨气，生长2nm厚的AlN层；
(11)在1050℃，气压300torr，通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，生长铝组分渐变为0的45nm厚的AlGaN层，起始的铝组分含量为0.32，设置三甲基镓的生长流量不变，三甲基铝的源流量设置在生长此层至结束逐步递减到0sccm；
(12)在温度1030℃，气压250torr，通入三甲基镓和氨气生长出10nm厚的第二GaN层，得到HEMT外延器件。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件，其特征在于，在基底上采用MOCVD技术进行异质外延生长；
其中，所述HEMT外延器件包括：从下至上依次层叠的基底、第一GaN层、耗尽高阻区、AlzGa1-zN层、2DEG通道、AlN层、AlGaN层、第二GaN层；
所述耗尽高阻区从下至上依次包括：GaN/AlxGa1-xN-SL层、GaN/AlyGa1-yN-SL层、GaN/AlzGa1-zN-SL层和AlaGa1-aN/AlzGa1-zN-SL层。
2.根据权利要求1所述一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件，其特征在于，所述基底为蓝宝石、硅、GaN、AlN、SiC中的任一种。
3.根据权利要求1所述一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件，其特征在于，所述GaN/AlxGa1-xN-SL层中0<x≤0.1，所述GaN/AlxGa1-xN-SL层厚度为40-200nm；
所述GaN/AlyGa1-yN-SL层中0.1<y≤0.2，所述GaN/AlyGa1-yN-SL层厚度为40-200nm；
所述GaN/AlzGa1-zN-SL层中0.2<z≤0.3，所述GaN/AlzGa1-zN-SL层厚度为40-200nm；
所述AlaGa1-aN/AlzGa1-zN-SL层中0.1<a≤0.2，0.2<z≤0.3，所述AlaGa1-aN/AlzGa1-zN-SL层厚度为40-200nm。
4.根据权利要求1所述一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件，其特征在于，所述2DEG通道为双2DEG通道或多2DEG通道。
5.根据权利要求4所述一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件，其特征在于，所述双2DEG通道从下至上依次包括：第三GaN层、InAlN层；
其中所述第三GaN层厚度为100-300nm，所述InAlN层厚度为50-150nm。
6.根据权利要求4所述一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件，其特征在于，所述多2DEG通道从下至上依次包括：AlInGaN或者InGaN层、第三GaN层、InAlN层；
其中，AlInGaN或者InGaN层的厚度为100-200nm，所述所述第三GaN层厚度为100-300nm，所述InAlN层厚度为50-150nm。
7.根据权利要求3所述一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件，其特征在于，所述AlzGa1-zN层为Al组分的渐变层；所述AlzGa1-zN层中0.2<z≤0.3，所述AlzGa1-zN层中Al组分逐渐渐变为0，所述AlzGa1-zN层的厚度为10-30nm；
所述AlGaN层为Al组分的渐变层；所述AlGaN层中Al组分渐变为0。
8.根据权利要求3所述一种基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件，其特征在于，所述第一GaN层的厚度为110-220nm；
所述AlN层的厚度为1-2nm；所述AlGaN层的厚度为20-50nm；所述第二GaN层的厚度为5-10nm。
9.一种权利要求1-8任一项所述的基于第三代半导体GaN材料的HEMT外延器件的生长方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将基底通过稀盐酸和异丙醇清洗，再用水冲洗然后甩干，放入MOCVD设备中烘烤；
(2)通入三甲基镓和氨气在基底上生长出第一GaN层；
(3)通入三甲基铝、三甲基镓和氨气生长出GaN/AlxGa1-xN-SL层；
(4)通入三甲基铝、三甲基镓和氨气生长出GaN/AlyGa1-yN-SL层；
(5)通入三甲基铝、三甲基镓和氨气生长出GaN/AlzGa1-zN-SL层；
(6)通入三甲基铝、三甲基镓和氨气生长出AlaGa1-aN/AlzGa1-zN-SL层；
(7)通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，设置三甲基铝的生长流量逐步递减到0sccm，三甲基镓的源流量设置不变，生长出Al组分渐变的的AlzGa1-zN层；
(8)通入三甲基镓和氨气生长出第三GaN层；
(9)通入三甲基铝、三甲基铟和氨气，生长出铝的组分0.82，铟的组分0.18的InAlN层；
(10)通入三甲基铝和氨气，生长出AlN层；
(11)通入三甲基铝、三甲基镓和氨气，设置三甲基镓的生长流量不变，三甲基铝的源流量设置在生长此层至结束逐步递减到0sccm，生长出铝组分渐变的AlGaN层；
(12)通入三甲基镓和氨气生长出第二GaN层，得到HEMT外延器件。
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