CN103578986A - 一种高阻GaN薄膜的制备方法 - Google Patents

一种高阻GaN薄膜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103578986A
CN103578986A CN201310566981.1A CN201310566981A CN103578986A CN 103578986 A CN103578986 A CN 103578986A CN 201310566981 A CN201310566981 A CN 201310566981A CN 103578986 A CN103578986 A CN 103578986A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gan
layer
resistance
temperature
thin film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310566981.1A
Other languages
English (en)
Inventor
何晓光
赵德刚
江德生
刘宗顺
陈平
杨静
乐伶聪
李晓静
杨辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN201310566981.1A priority Critical patent/CN103578986A/zh
Publication of CN103578986A publication Critical patent/CN103578986A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
    • H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
    • H01L21/2056—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高阻GaN薄膜及其制作方法。该高阻GaN薄膜包括：衬底；GaN低温成核层，其制作在衬底上；GaN高阻层，其制作在GaN低温成核层上。该高阻GaN薄膜利用MOCVD设备，并用三甲基镓和氨气作为镓源和氮源，以氢气为载气进行生长，所述GaN低温成核层的生长温度为550℃，反应室压强为200Torr，厚度为0.2～0.3μm；GaN高阻层的生长温度为1040℃，反应室压强为50Torr，厚度为2μm。本发明提出的上述高阻GaN薄膜是通过控制材料生长时的反应室压强，控制反应前驱物TMGa中碳原子的并入，从而在不单独添加碳源的情况下引入碳杂质得到受主能级，使背景载流子浓度得到补偿。

Description

一种高阻GaN薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体材料技术领域，尤其涉及一种高祖GaH的制备方法。
背景技术
近年来，随着第三代无线通讯和军用相控阵雷达的兴起和高速发展，大功率微波器件如高电子迁移率晶体管(HEMT)得到广泛关注和研究。GaN具有禁带宽度大、击穿电场高、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优异特性；而且可以与AlGaN材料构成异质结，其异质结界面上的压电极化和自发极化可产生高浓度的二维电子气(2DEG)，是制造HEMT器件的绝佳选择。
一个最基本的HEMT器件，应该具备如下几层结构：衬底、成核层、高阻层、沟道层、势垒层。高阻层的作用是阻止沟道层中的电子向下层材料泄漏产生漏电流，因此需要较高的电阻率和较低的载流子浓度。然而MBE和MOCVD技术生长的GaN薄膜通常呈现N型，背景电子浓度很高，电阻率很低。一般采用补偿的办法降低背景电子浓度，得到高阻GaN外延膜，目前常用的补偿方法有故意掺杂Fe、C等杂质引入深能级受主、控制成核层生长参数引入位错等。但是这些技术都有各自的不足，比如造成反应室污染、使工艺复杂化、降低材料质量和电学特性等。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高阻GaN外延膜的制备方法，通过控制生长压强，实现非故意可控碳掺杂，从而达到补偿背景载流子，提高材料电阻率的目的。
根据本发明的一个方面，其提供了一种高阻GaN薄膜，包括：
一衬底；
一GaN低温成核层，其制作在衬底上；
一GaN高阻层，其制作在GaN低温成核层上。
其中衬底1的材料为蓝宝石。
其中该高阻GaN薄膜利用MOCVD设备，并用三甲基镓和氨气作为镓源和氮源，以氢气为载气进行生长。
其中所述GaN低温成核层的生长温度为550℃，反应室压强为200Torr，厚度为0.2～0.3μm；GaN高阻层的生长温度为1040℃，反应室压强为50Torr，厚度为2μm。
根据本发明另一方面，其还提供了一种高阻GaN薄膜的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：将衬底在反应室中热处理；
步骤2：在温度550℃，压强200Torr的条件下生长一层厚度为0.2～0.3μm的GaN低温成核层；
步骤3：升温至1040℃，降低压强至50Torr，生长一层厚度约为2μm的高温GaN层。
其中该方法利用MOCVD设备，并用三甲基镓和氨气作为镓源和氮源，以氢气为载气进行高阻GaN薄膜的生长。
本发明的关键在于通过低压生长引入高浓度的碳杂质，从而引入受主能级补偿背景载流子浓度，使得GaN外延膜的电阻率大大提高，得到了GaN高阻层。其优点是工艺简单，利用MOCVD气源中金属有机化合物中的碳作为碳源，不需要另外引入新的掺杂材料，而且保证了外延膜的质量。
附图说明
图1是本发明提出的高阻GaN薄膜的生长结构示意图；
图2是本发明的GaN样品二次离子质谱测量结果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。图1示出了本发明提出的一种高阻GaN薄膜的生长结构示意图。如图1所示，该高阻GaN薄膜由下到上依次包括：
一衬底1，可选地，其材料为蓝宝石；
一GaN低温成核层2，其制作在衬底1上；
一GaN高阻层3，该GaN高阻层3制作在GaN低温成核层2上。
其中，上述高阻GaN薄膜是利用MOCVD设备进行生长，用三甲基镓(TMGa)和氨气(NH3)作为镓源和氮源，以氢气(H2)为载气，其中GaN低温成核层2的生长温度为550℃左右，反应室压强为200Torr，厚度为0.2～0.3μm；GaN高阻层3的生长温度为1040℃，反应室压强为50Torr，厚度为2μm。
本发明还提供了一种高阻GaN薄膜的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：将衬底1在MOCVD设备的反应室中热处理；
步骤2：用三甲基镓(TMGa)和氨气(NH3)作为镓源和氮源，以氢气为载气，在温度550℃，压强200Torr的条件下生长一层厚度为0.2～0.3μm的GaN低温成核层2；
步骤3：升温至1040℃，降低压强至50Torr，生长一层厚度约为2μm的GaN高阻层。
本发明提出的上述高阻GaN薄膜是通过控制材料生长时的反应室压强，控制反应前驱物TMGa中碳原子的并入，从而在不单独添加碳源的情况下引入碳杂质得到受主能级，使背景载流子浓度得到补偿，获得高阻GaN薄膜。用MOCVD设备，用三甲基镓(TMGa)和氨气(NH3)作为镓源和氮源，以氢气为载气，以c面蓝宝石作衬底进行异质外延。生长材料之前先将衬底在反应室中热处理，然后采用两步生长法，先在550℃，200Torr的条件下生长一层较薄的GaN低温成核层1(约0.2～0.3μm)，然后升温至1040℃，降低压强至50Torr，生长一层2μm的非故意掺杂的GaN高温低压层2。
图2示出了本发明提出的上述高阻GaN薄膜样品的二次离子质谱测量结果。如图2所示，该样品的电阻率很高，为2.5×109Ωcm，这表明该样品已经是很好的高阻材料。二次离子质谱测试显示，样品有较高的碳杂质含量(～1018cm-2)，正是碳杂质对背景载流子的补偿使样品呈现高阻特性。双晶X射线衍射测得样品的(002)面和(102)面摇摆曲线半高宽分别为334.8”和583.2”。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高阻GaN薄膜，包括：
一衬底；
一GaN低温成核层，其制作在衬底上；
一GaN高阻层，其制作在GaN低温成核层上。
2.根据权利要求1所述的高阻GaN薄膜，其中衬底1的材料为蓝宝石。
3.根据权利要求1所述的高阻GaN薄膜，其中该高阻GaN薄膜利用MOCVD设备，并用三甲基镓和氨气作为镓源和氮源，以氢气为载气进行生长。
4.根据权利要求1所述的高阻GaN薄膜，其中所述GaN低温成核层的生长温度为550℃，反应室压强为200Torr，厚度为0.2～0.3μm；GaN高阻层的生长温度为1040℃，反应室压强为50Torr，厚度为2μm。
5.一种高阻GaN薄膜的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：将衬底在反应室中热处理；
步骤2：在温度550℃，压强200Torr的条件下生长一层厚度为0.2～0.3μm的GaN低温成核层；
步骤3：升温至1040℃，降低压强至50Torr，生长一层厚度约为2μm的高温GaN层。
6.如权利要求1所述的制作方法，其中该方法利用MOCVD设备，并用三甲基镓和氨气作为镓源和氮源，以氢气为载气进行高阻GaN薄膜的生长。
CN201310566981.1A 2013-11-14 2013-11-14 一种高阻GaN薄膜的制备方法 Pending CN103578986A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310566981.1A CN103578986A (zh) 2013-11-14 2013-11-14 一种高阻GaN薄膜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310566981.1A CN103578986A (zh) 2013-11-14 2013-11-14 一种高阻GaN薄膜的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103578986A true CN103578986A (zh) 2014-02-12

Family

ID=50050498

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310566981.1A Pending CN103578986A (zh) 2013-11-14 2013-11-14 一种高阻GaN薄膜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103578986A (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103887326A (zh) * 2014-03-07 2014-06-25 中国科学院半导体研究所 高电阻低位错GaN薄膜及制备方法
CN104790030A (zh) * 2015-03-30 2015-07-22 苏州新纳晶光电有限公司 一种用于MOCVD宕机后可提高GaN外延良率的方法
CN105442045A (zh) * 2015-06-25 2016-03-30 苏州纳维科技有限公司 低杂质浓度半绝缘GaN单晶及其制备方法与应用
CN106449748A (zh) * 2016-12-22 2017-02-22 成都海威华芯科技有限公司 一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延结构
CN107507856A (zh) * 2016-06-14 2017-12-22 黄知澍 镓解理面iii族/氮化物磊晶结构及其主动元件与其制作方法
CN109004027A (zh) * 2017-06-06 2018-12-14 黄知澍 氮极性iii族/氮化物磊晶结构及其主动元件与其积体化的极性反转制作方法
CN109004026A (zh) * 2017-06-06 2018-12-14 黄知澍 Iii族/氮化物磊晶结构及其主动元件与其积体化的制作方法
CN109964305A (zh) * 2016-09-02 2019-07-02 Iqe公司 Iii族氮化物结构生长用成核层
CN111009467A (zh) * 2019-12-06 2020-04-14 华南理工大学 一种基于Cu衬底基GaN整流器及其制备方法
CN111952365A (zh) * 2020-08-14 2020-11-17 中国科学院半导体研究所 碳掺杂调控的GaN基HEMT外延结构及其制作方法
CN112713189A (zh) * 2020-12-29 2021-04-27 西安电子科技大学芜湖研究院 一种具有氮化镓高阻层的hemt器件的外延结构及其制备方法
US11335799B2 (en) 2015-03-26 2022-05-17 Chih-Shu Huang Group-III nitride semiconductor device and method for fabricating the same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003197643A (ja) * 2001-12-26 2003-07-11 Hitachi Cable Ltd 電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタ
US20050087751A1 (en) * 2000-08-09 2005-04-28 Fumihiko Nakamura Insulating nitride layer and process for its forming, and semiconductor device and process for its production
CN1971852A (zh) * 2006-11-28 2007-05-30 北京大学 一种生长高阻GaN薄膜的方法
CN101162695A (zh) * 2006-10-09 2008-04-16 西安能讯微电子有限公司 氮化镓hemt器件表面钝化及提高器件击穿电压的工艺
CN101916773A (zh) * 2010-07-23 2010-12-15 中国科学院上海技术物理研究所 一种双沟道mos-hemt器件及制作方法
CN102789982A (zh) * 2011-05-16 2012-11-21 中国科学院微电子研究所 一种增强型AlN/GaN高电子迁移率晶体管及其制作方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050087751A1 (en) * 2000-08-09 2005-04-28 Fumihiko Nakamura Insulating nitride layer and process for its forming, and semiconductor device and process for its production
JP2003197643A (ja) * 2001-12-26 2003-07-11 Hitachi Cable Ltd 電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタ
CN101162695A (zh) * 2006-10-09 2008-04-16 西安能讯微电子有限公司 氮化镓hemt器件表面钝化及提高器件击穿电压的工艺
CN1971852A (zh) * 2006-11-28 2007-05-30 北京大学 一种生长高阻GaN薄膜的方法
CN101916773A (zh) * 2010-07-23 2010-12-15 中国科学院上海技术物理研究所 一种双沟道mos-hemt器件及制作方法
CN102789982A (zh) * 2011-05-16 2012-11-21 中国科学院微电子研究所 一种增强型AlN/GaN高电子迁移率晶体管及其制作方法

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103887326A (zh) * 2014-03-07 2014-06-25 中国科学院半导体研究所 高电阻低位错GaN薄膜及制备方法
US11335799B2 (en) 2015-03-26 2022-05-17 Chih-Shu Huang Group-III nitride semiconductor device and method for fabricating the same
CN104790030A (zh) * 2015-03-30 2015-07-22 苏州新纳晶光电有限公司 一种用于MOCVD宕机后可提高GaN外延良率的方法
CN105442045A (zh) * 2015-06-25 2016-03-30 苏州纳维科技有限公司 低杂质浓度半绝缘GaN单晶及其制备方法与应用
US10672763B2 (en) 2016-06-14 2020-06-02 Chih-Shu Huang Epitaxial structure of Ga-face group III nitride, active device, and method for fabricating the same
CN107507856A (zh) * 2016-06-14 2017-12-22 黄知澍 镓解理面iii族/氮化物磊晶结构及其主动元件与其制作方法
CN107507856B (zh) * 2016-06-14 2020-11-03 黄知澍 镓解理面iii族/氮化物磊晶结构及其主动元件与其制作方法
CN109964305B (zh) * 2016-09-02 2023-07-28 Iqe公司 Iii族氮化物结构生长用成核层
CN109964305A (zh) * 2016-09-02 2019-07-02 Iqe公司 Iii族氮化物结构生长用成核层
CN106449748A (zh) * 2016-12-22 2017-02-22 成都海威华芯科技有限公司 一种氮化镓基高电子迁移率晶体管外延结构
CN109004026A (zh) * 2017-06-06 2018-12-14 黄知澍 Iii族/氮化物磊晶结构及其主动元件与其积体化的制作方法
CN109004027A (zh) * 2017-06-06 2018-12-14 黄知澍 氮极性iii族/氮化物磊晶结构及其主动元件与其积体化的极性反转制作方法
CN109004027B (zh) * 2017-06-06 2022-05-10 黄知澍 氮极性iii族/氮化物磊晶结构及其主动元件与其积体化的极性反转制作方法
CN111009467A (zh) * 2019-12-06 2020-04-14 华南理工大学 一种基于Cu衬底基GaN整流器及其制备方法
CN111952365A (zh) * 2020-08-14 2020-11-17 中国科学院半导体研究所 碳掺杂调控的GaN基HEMT外延结构及其制作方法
CN112713189A (zh) * 2020-12-29 2021-04-27 西安电子科技大学芜湖研究院 一种具有氮化镓高阻层的hemt器件的外延结构及其制备方法
CN112713189B (zh) * 2020-12-29 2022-09-13 西安电子科技大学芜湖研究院 一种具有氮化镓高阻层的hemt器件的外延结构及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103578986A (zh) 一种高阻GaN薄膜的制备方法
US8933464B2 (en) SiC epitaxial wafer and semiconductor device
JP5073968B2 (ja) 化合物半導体エピタキシャル基板およびその製造方法
CN102369597B (zh) 半导体基板、半导体基板的制造方法、和电子器件
US11508837B2 (en) Epitaxial structure for high-electron-mobility transistor and method for manufacturing the same
CN103887326A (zh) 高电阻低位错GaN薄膜及制备方法
US8860038B2 (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method for the same
US9873954B2 (en) Epitaxial wafer and method for fabricating the same
EP2369040A1 (en) In situ dopant implantation and growth of a III-nitride semiconductor body
CN102427084B (zh) 氮化镓基高电子迁移率晶体管及制作方法
CN107408511A (zh) 化合物半导体基板
CN101266999A (zh) 氮化镓基双异质结场效应晶体管结构及制作方法
CN104465392A (zh) 半导体装置的制造方法
US20140283736A1 (en) Vapor phase growth apparatus and vapor phase growth method
KR20160015244A (ko) 13족 질화물 복합 기판, 반도체 소자, 및 13족 질화물 복합 기판의 제조 방법
CN113889402A (zh) 一种用于制备GaN基电子器件的方法
CN111211159A (zh) 硅基氮化镓射频器件射频损耗的抑制方法
CN103262214A (zh) 半导体基板、半导体装置、以及半导体基板的制造方法
CN114420754A (zh) 改善高阻层的高电子迁移率晶体管外延片及其制备方法
CN107887255B (zh) 一种高阻GaN薄膜外延生长的方法
CN110429128B (zh) 一种低势垒多量子阱高阻缓冲层外延结构及其制备方法
CN104264219A (zh) 一种基区缓变掺杂碳化硅薄膜外延制备方法
CN105390532A (zh) 一种带有InGaN插入层的非故意掺杂高阻GaN薄膜及其制备方法
CN208368514U (zh) 基于Si衬底的GaN基射频器件外延结构
JP2004207473A (ja) 高電子移動度エピタキシャル基板

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20140212

RJ01 Rejection of invention patent application after publication