質量和表面形貌的作用；
[0029](5)在氮化鎵外延層4上生長氮化鎵溝道層5，生長溫度為900-1200°C，生長壓力為10-200mbar，厚度為2nm_l.0 μ m，為二維電子氣提供一個良好的輸運通道；
[0030](6)在氮化鎵溝道層5上生長氮化鋁插入層6，降低合金無序散射，生長溫度為900-l200°C，生長壓力為 10_200mbar，厚度為 0.5nm-3.0nm ；
[0031](7)在氮化鋁插入層6上生長鋁鎵氮勢皇層7，生長溫度為750-1200°C，生長壓力為10-200mbar，厚度為3nm-50nm，與其下面的氮化鎵溝道層5和氮化銷插入層6 —起構成半導體異質結構，在其界面處形成高濃度的具有高迀移特性的二維電子氣。
[0032]實施例2
[0033](I)選擇一種單晶硅襯底1，硅的晶向包括硅(111)、硅(100)；
[0034](2)在單晶襯底上生長氮化鋁作為成核層2，生長溫度為900-1200°C，生長壓力為10_200mbar，生長厚度為 10nm_2 μ m ；
[0035](3)在成核層2上外延生長鋁鎵氮作為應力和缺陷控制層3，生長溫度為900-1200°C，生長壓力為10-200mbar，生長厚度為1nm-1O μ m，鋁的摩爾組分為15%，該層起到調控應力和抑制缺陷的作用；
[0036](4)在應力和缺陷控制層3上生長鋁鎵氮外延層4，該鋁鎵氮外延層4的鋁的摩爾組分為0.01-15%，生長溫度為900-1100°C，生長壓力為10_200mbar，厚度為10nm_20ym，鋁鎵氮外延層起到提高晶體質量和表面形貌的作用；
[0037](5)在鋁鎵氮外延層4上生長氮化鎵溝道層5，生長溫度為900-1200°C，生長壓力為10-200mbar，厚度為2nm_l.0 μ m，為二維電子氣提供一個良好的輸運通道；
[0038](6)在氮化鎵溝道層5上生長氮化鋁插入層6，降低合金無序散射，生長溫度為900-l200°C，生長壓力為 10_200mbar，厚度為 0.5nm-3.0nm ；
[0039](7)在氮化鋁插入層6上生長銦鋁氮勢皇層7，生長溫度為750_1200°C，生長壓力為10-200mbar，厚度為3nm-50nm，與其下面的氮化鎵溝道層5和氮化銷插入層6 —起構成半導體異質結構，在其界面處形成高濃度的具有高迀移特性的二維電子氣。
[0040]實施例3
[0041](I)選擇一種單晶硅襯底I ;
[0042](2)在單晶襯底上生長鋁鎵氮或氮化鋁作為成核層2，生長溫度為900-1200°C，生長壓力為10-200mbar，生長厚度為10nm_2 μ m ；
[0043](3)在成核層2上外延生長鋁鎵氮作為應力和缺陷控制層3，生長溫度為900-1200°C，生長壓力為10-200mbar，生長厚度為1nm-1O μ m，鋁的摩爾組分為23.4%，該層起到調控應力和抑制缺陷的作用；
[0044](4)在應力和缺陷控制層3上生長氮化鎵外延層4，生長溫度為900-1100°C，生長壓力為10-200mbar，厚度為10nm_20 μ m，氮化鎵外延層起到提高晶體質量和表面形貌的作用；
[0045](5)在氮化鎵外延層4上生長銦鎵氮溝道層5，該銦鎵氮溝道層的銦的摩爾組分為0.01-100 %，生長溫度為 600-1200°C，生長壓力為 lO-lOOOmbar，厚度為 2nm_l.0 μ m，為二維電子氣提供一個良好的輸運通道；
[0046](6)在銦鎵氮溝道層5上生長氮化鋁插入層6，降低合金無序散射，生長溫度為900-l200°C，生長壓力為 10_200mbar，厚度為 0.5nm-3.0nm ；
[0047](7)在氮化鋁插入層6上生長鋁鎵氮勢皇層或銦鋁氮勢皇層7，生長溫度為750-1200°C，生長壓力為10-200mbar，厚度為3nm_50nm，與其下面的氮化鎵溝道層5和氮化鋁插入層6 —起構成半導體異質結構，在其界面處形成高濃度的具有高迀移特性的二維電子氣。
[0048]以上所述的實施例僅為說明本發明的技術思想及特點，其描述較為具體和詳細，其目的在于使本領域的普通技術人員能夠了解本發明的內容并據以實施，因此不能僅以此來限定本發明的專利范圍，但并不能因此而理解為對本發明范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，即凡依據本發明所揭示的精神所作的變化，仍應涵蓋在本發明的專利范圍內。
【主權項】
1.一種硅襯底上高迀移率GaN基異質結構，該結構為層狀疊加結構，從下向上的材料依次為:硅襯底、成核層、應力和缺陷控制層、外延層、溝道層、插入層和勢皇層，所述溝道層、插入層和勢皇層一起構成半導體異質結構，其特征在于，應力和缺陷控制層為AlGaN層，其厚度為1nm-1O μ m ;且Al摩爾組分為1-26%。
2.如權利要求1所述的娃襯底上高迀移率GaN基異質結構，其特征在于，所述娃襯底為導電硅襯底或半絕緣硅襯底，硅的晶向包括硅(111)、硅(100)、硅(110)。
3.如權利要求1所述的硅襯底上高迀移率GaN基異質結構，其特征在于，所述成核層為AlGaN層或AlN層，其厚度范圍為10nm_2ym。
4.如權利要求1所述的硅襯底上高迀移率GaN基異質結構，其特征在于，所述外延層為氮化鎵或銷鎵氮，其厚度范圍為10nm-20 μ m。
5.如權利要求1所述的硅襯底上高迀移率GaN基異質結構，其特征在于，所述溝道層為氮化鎵或銦鎵氮，其厚度范圍為2nm-l.0 μ m。
6.如權利要求1所述的硅襯底上高迀移率GaN基異質結構，其特征在于，所述插入層為氮化銷，其厚度范圍為0.5nm-3.0nm0
7.如權利要求1所述的硅襯底上高迀移率GaN基異質結構，其特征在于，所述勢皇層為鋁鎵氮或銦鋁氮，其厚度范圍為3nm-50nm。
8.一種制備如權利要求1所述的硅襯底上高迀移率GaN基異質結構的方法，其特征在于，采用金屬有機化合物氣相外延、分子束外延、氫化物氣相外延、或氣相外延方法中的一種或多種，在Si襯底上生長一層鋁鎵氮或氮化鋁成核層；隨后在成核層上生長AlGaN應力和缺陷控制層；接著在應力和缺陷控制層上生長氮化鎵或鋁鎵氮外延層；再在外延層上生長氮化鎵或銦鎵氮溝道層；接著在溝道層上生長氮化鋁插入層；最后在氮化鋁插入層上生長鋁鎵氮勢皇層或銦鋁氮勢皇層，從而在Si襯底上制備出GaN基異質結構。
【專利摘要】本發明提供了一種硅襯底上高遷移率GaN基異質結構及其制備方法，屬于半導體技術領域。該GaN基異質結構為層狀疊加結構，從下向上的材料依次為：硅襯底、成核層、應力和缺陷控制層、外延層、溝道層、插入層和勢壘層，其中應力和缺陷控制層為AlGaN層，其厚度為10nm-10μm；且Al摩爾組分為1-26％。與現有的較繁瑣的硅上GaN基異質結構外延技術相比，發明可以大幅降低缺陷密度，提高異質結構材料的晶體質量，十分適合于低成的高頻、高功率器件的研制。
【IPC分類】H01L29-207, H01L29-205, H01L29-778, H01L21-04, H01L21-335, H01L29-06
【公開號】CN104576714
【申請號】CN201510037027
【發明人】楊學林, 沈波, 程建朋, 桑玲, 許福軍
【申請人】北京大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月23日