CN104217958B - 一种用于提高GaN外延层高电阻特性的预处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于提高GaN外延层高电阻特性的预处理方法，应用于对MOCVD机台在周期设备开反应腔作保养后，开始新一轮的量产之前，通过在机台恢复生长前，通过在重涂层运行阶段的高温段将很高浓度的Mg 流量通入反应室进行预反应，在反应室表面形成Mg 的氮化物的沉积，这样能在随后的GaN外延生长中，引入与原有背景电子浓度基本一致的背景Mg 浓度，中和过高的背景电子浓度，同时不引入其他的背景杂质，从而有效提高GaN 外延层的电阻值，提高其电阻特性。

Description

一种用于提高GaN外延层高电阻特性的预处理方法
技术领域
本发明涉及一种用于提高GaN外延层高电阻特性的预处理方法。
背景技术
为提高GaN基LED及激光器件的光电特性及良率，获得高晶体质量高电阻特性的GaN 外延层薄膜是非常重要的工作。目前产业界大多通过MOCVD的技术生长GaN 外延层，本征GaN 外延层一般都有一定量的背景电子浓度，通常在5E+16 到1E+17之间，这些背景电子浓度会造成本征GaN 外延层实测电阻并不高，且具有一定的导电性，从而造成在其上生长制备出的LED或是激光器件，难以获得较高的光电特性及良率；或是需要其他较为复杂且实际量产中重复性较差的技术方案来补偿获得较高的光电特性及良率。例如，相当部分的技术方案几乎都是改进及引进新的外延层结构，通过各个结构层的不同厚度，掺杂杂质及掺杂浓度多少的调节，尽可能释放GaN外延层与衬底间由于晶格不匹配造成的晶格应力，从而达到获得较高晶体质量及高电阻特性的GaN外延层。
如专利号为200910082891.9的技术方案，采用AlN 预处理层预先处理蓝宝石衬底，再在其上沉积低温GaN 缓冲层，从而达到减少需要被补偿的背景电子浓度值，获得高阻GaN外延层的目的。另一种典型技术方案为，专利申请号为201080048067.2的专利，采用超晶格应变缓冲层，即不同铝组分的AlGaN第一层与掺Mg的p型GaN层第二层交替的层压，形成超晶格结构进而降低GaN 层中位错密度，获得高晶体质量高阻特性的GaN 外延层。
上述技术方案中，缺点是重复可靠性不佳，而采用改进外延结构来提高GaN外延层晶格质量及高阻特性，对技术及设备条件要求均较高，且工艺条件波动大，会随着机台持续量产数量的增多慢慢偏离原有设定，这就必须要求有较高水准的技术人员时刻关注机台工艺及硬体设备变化，耗时耗力。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种用于提高GaN外延层高电阻特性的预处理方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种用于提高GaN外延层高电阻特性的预处理方法，包括如下步骤：
步骤一、在进行外延层生长之前，将一石墨盘预先放置于MOCVD 反应腔内，在石墨盘上放置用于保护石墨盘晶圆凹槽的蓝宝石衬底，升温；
步骤二、反应腔氮化处理：当反应腔温度升温至1200℃-1400℃时，通入N2进行反应腔的氮化处理；
步骤三、TMGa涂层处理：当温度下降至900℃-1100℃之间，通入TMGa反应源，进行TMGa涂层处理，反应室压力控制在200Torr -500Torr，通入TMGa反应源的流量在300sccm -900sccm，V/Ⅲ 比控制在300-3000，持续时间在3-7小时；
步骤四、Mg涂层处理：将温度继续下降至700℃-900℃之间，反应室压力控制在200Torr 到500Torr之间，控制通入TMGa反应源流量在10sccm -500sccm，通入Cp2Mg流量在500sccm-2000sccm之间，V/Ⅲ 比控制在300-30000，持续时间1-5小时；
步骤五、冷却降温，取出石墨盘上的蓝宝石衬底，即完成整个预处理过程。
所述V/Ⅲ比又称为输入V/Ⅲ比，是指通入反应室的V族源和Ⅲ族源的摩尔比。
本发明的有益效果主要体现在：有效提高GaN 外延层的晶体质量和电阻特性的，同时其效果不会随着机台持续量产的数量增加而减弱。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：低电阻本征GaN SIMS杂质浓度分析样本ESD性能测试图谱。
图2：高电阻本征GaN SIMS杂质浓度分析样本ESD性能测试图谱。
图3：低电阻本征GaN RPM光谱仪分析样本ESD性能测试图谱。
图4：高电阻本征GaN RPM光谱仪分析样本ESD性能测试图谱。
具体实施方式
本发明揭示了一种用于提高GaN外延层高电阻特性的预处理方法，应用于对MOCVD机台在周期设备开反应腔作保养后，由于经保养后，腔体里面的环境发生变化，直接开始生产GaN外延层，容易导致前几次的生长的产品性能不好，故提出了本发明的预处理方法，本方法是在Heavy Coating run（重涂层运行）阶段进行，包括如下步骤：
步骤一、在进行外延层生长之前，将一石墨盘预先放置于MOCVD 反应腔内，在石墨盘上放置用于保护石墨盘晶圆凹槽的蓝宝石衬底，升温；
步骤二、反应腔氮化处理：当反应腔温度升温至1200℃-1400℃时，通入N2进行反应腔的氮化处理。
步骤三、TMGa涂层处理：当温度下降至900℃-1100℃之间，通入TMGa反应源，进行TMGa涂层处理，反应室压力控制在200Torr -500Torr，通入TMGa反应源的流量在300sccm -900sccm，V/Ⅲ 比控制在300-3000，持续时间在3-7小时。
步骤四、Mg涂层处理：将温度继续下降至700℃-900℃之间，反应室压力控制在200Torr 到500Torr之间，控制通入TMGa反应源流量在10sccm -500sccm，通入Cp2Mg流量在500sccm-2000sccm之间，V/Ⅲ 比控制在300-30000，持续时间1-5小时，在反应室表面形成Mg的氮化物的沉积。
步骤五、冷却降温，取出石墨盘上的蓝宝石衬底，即完成整个预处理过程。
后续根据MOCVD生产方法量产外延层结构，其生长方法与现有技术一致，在此不再赘述。
这样能在随后的GaN外延生长中，引入与原有背景电子浓度基本一致的背景Mg浓度，中和过高的背景电子浓度，同时，不会引入其他的背景杂质，使腔体内的环境与维护前一致。从而有效提高GaN外延层的电阻值，提高其电阻特性。
结合图说明书附图，图1-图4，分别对采用本发明的方法得到的外延结构及不采用本方法的外延结构所作出的ESD 性能测试，充分的显示了采用该方法量产的具有高电阻特性的GaN外延结构能有效提高其外延层抗静电能力，从而达到获得高光电特性及良率的GaN外延结构器件。
本发明尚有多种具体的实施方式，凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (1)

1.一种用于提高GaN外延层高电阻特性的预处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、在进行外延层生长之前，将一石墨盘预先放置于MOCVD 反应腔内，在石墨盘上放置用于保护石墨盘晶圆凹槽的蓝宝石衬底，升温；
步骤二、反应腔氮化处理：当反应腔温度升温至1200℃-1400℃时，通入N2进行反应腔的氮化处理；
步骤三、TMGa涂层处理：当温度下降至900℃-1100℃之间，通入TMGa反应源，进行TMGa涂层处理，反应室压力控制在200Torr -500Torr，通入TMGa反应源的流量在300sccm -900sccm，V/Ⅲ 比控制在300-3000，持续时间在3-7小时；
步骤四、Mg涂层处理：将温度继续下降至700℃-900℃之间，反应室压力控制在200Torr到500Torr之间，控制通入TMGa反应源流量在10sccm -500sccm，通入Cp2Mg流量在500sccm-2000sccm之间，V/Ⅲ 比控制在300-30000，持续时间1-5小时；
步骤五、冷却降温，取出石墨盘上的蓝宝石衬底，即完成整个预处理过程。
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