CN105336605B - 二极管用外延片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种二极管用外延片及其制备方法，由其制成的二极管电子器件漏电较低、击穿电压较高、寿命较长。一种二极管用外延片的制备方法，依次包括如下步骤：A、将图形化蓝宝石衬底放入MOCVD设备中加热升温至1020~1200℃，在H2中高温净化5~20min；B、MOCVD设备降温至800~1050℃，压力为30~200mbar，在所述图形化蓝宝石衬底的上表面生长多晶AlN成核层；C、升温至1040~1080℃，压力为30~400mbar，在所述AlN成核层的上表面生长C掺杂的GaN缓冲层；D、在所述GaN缓冲层的上表面生长外延结构层。
Description
技术领域
本发明涉及一种二极管用外延片及其制备方法。
背景技术
目前用于二极管的外延片的衬底主要有两种，即蓝宝石衬底和碳化硅衬底。但由于碳化硅的价格昂贵，故蓝宝石衬底的使用更为广泛。现有技术中普遍使用的平片状蓝宝石衬底由于其位错密度较高，制成的二极管电子器件漏电流较高、易击穿。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种二极管用外延片及其制备方法，由其制成的二极管电子器件漏电较低、击穿电压较高、寿命较长。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种二极管用外延片的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
A、将图形化蓝宝石衬底放入MOCVD设备中加热升温至1020~1200℃，在H2中高温净化5~20min；
B、MOCVD设备降温至800~1050℃，压力为30~200mbar，在所述图形化蓝宝石衬底的上表面生长多晶AlN成核层；
C、升温至1040~1080℃，压力为30~400mbar，在所述AlN成核层的上表面生长C掺杂的GaN缓冲层；
D、在所述GaN缓冲层的上表面生长外延结构层。
优选地，步骤B中，采用氨气作为N原子的先驱物，TMAl（三甲基铝）或TEAl（三乙基铝）作为Al源，氨气和Al源的摩尔比为100~1000。
优选地，步骤D依次包括如下步骤：
D1、温度为950~1050℃，在所述GaN缓冲层的上表面生长AlGaN层；
D2、温度为1000~1080℃，压力为100~700mbar，在所述AlGaN层的上表面生长重掺杂nGaN层；
D3、保持温度和压力不变，在所述重掺杂nGaN层的上表面生长轻掺杂nGaN层。
本发明采用的又一技术方案为：
一种所述的制备方法制备的二极管用外延片，包括：
图形化蓝宝石衬底；
AlN成核层，通过MOCVD技术沉积于所述图形化蓝宝石衬底的上表面；
GaN缓冲层，其沉积于所述AlN成核层的上表面，所述GaN缓冲层为C掺杂的GaN缓冲层；
外延结构层，其沉积于所述GaN缓冲层的上表面。
优选地，所述图形化蓝宝石衬底的图形高度为1~2μm，图形宽度为1.5~6μm，图形间隙为0.1~2μm。
优选地，所述AlN成核层是厚度为5~25nm的多晶AlN层。
优选地，所述GaN缓冲层中C的掺杂源为TMGa、CCl4或C2H2。
优选地，所述GaN缓冲层中C的掺杂浓度为5E15~1E19 cm-3，且所述GaN缓冲层的厚度为2~3μm。
优选地，所述外延结构层包括：
AlGaN层，其沉积于所述GaN缓冲层的上表面且厚度为30~300nm；
重掺杂nGaN层，其沉积于所述AlGaN层的上表面且掺杂浓度为5E18~2E19 cm-3，所述重掺杂nGaN层的厚度为2.5~3μm；
轻掺杂nGaN层，其沉积于所述重掺杂nGaN层的上表面且掺杂浓度为4E15~2E16cm-3，所述轻掺杂nGaN层的厚度为5~15μm。
优选地，所述AlGaN层中Al的摩尔百分含量为5~20%。
本发明采用以上技术方案，相比现有技术具有如下优点：在图形化蓝宝石衬底沉积AlN成核层，并在AlN上生长外延结构层的掺C的GaN缓冲层，相比使用其它类型的蓝宝石衬底（如蓝宝石平片）制作的肖特基二极管，晶体质量较好，位错密度由现有技术中的1E9cm-3降低至6E7cm-3。本发明的二极管外延片制作的肖特基二极管器件漏电较低，散热较好，击穿电压较高，寿命较长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明的二极管用外延片的结构示意图。
上述附图中，1、衬底；2、AlN成核层；3、GaN缓冲层；4、AlGaN层；5、重掺杂nGaN层；6、轻掺杂nGaN层。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。
图1所示为本发明的一种二极管用外延片。结合图1所示，该二极管用外延片包括自下至上依次层叠的衬底1、AlN成核层2、GaN缓冲层3、AlGaN层4、重掺杂nGaN层5、轻掺杂nGaN层6。其中， AlGaN层4、重掺杂nGaN层5、轻掺杂nGaN层6构成外延片的外延结构层。
衬底1为图形化蓝宝石衬底（PSS）1。图形化蓝宝石衬底1的图形高度为1~2μm，图形宽度为1.5~6μm，图形间隙为0.1~2μm。图形化蓝宝石衬底通过纳米压印光刻技术、stepper光刻技术、干法刻蚀技术或湿法刻蚀技术制备而成。图像化蓝宝石衬底1的图像为正圆锥形，或者为类圆锥形，类圆锥形是指其侧壁为向外突的弧形。
成核层2通过MOCVD技术沉积于图形化蓝宝石衬底1的上表面。AlN成核层是厚度为5~25nm的多晶AlN层。
缓冲层为C掺杂的GaN缓冲层3，C的掺杂源为TMGa、CCl4或C2H2。GaN缓冲层3中C的掺杂浓度为5E15~1E19 cm-3，GaN缓冲层3的厚度为2~3μm。
层4、重掺杂nGaN层5、轻掺杂nGaN层6构成三级管用外延片的外延结构层。其中，AlGaN层4沉积于GaN缓冲层3的上表面且厚度为30~300nm，AlGaN层4中Al的摩尔百分含量为5~20%；重掺杂nGaN层5沉积于AlGaN层的上表面且掺杂浓度为5E18~2E19 cm-3，重掺杂nGaN层5的厚度为2.5~3μm；轻掺杂nGaN层6沉积于重掺杂nGaN层6的上表面且掺杂浓度为4E15~2E16 cm-3，轻掺杂nGaN层6的厚度为5~15μm。
一种上述二极管用外延片的制备方法，依次包括如下步骤：
A、将图形化蓝宝石衬底放入MOCVD设备中加热升温至1020~1200℃，在H2中高温净化5~20min；
B、MOCVD设备降温至800~1050℃，压力为30~200mbar，在图形化蓝宝石衬底的上表面生长多晶AlN成核层，采用氨气作为N原子的先驱物，TMAl或TEAl作为Al源，氨气和Al源的摩尔比为100~1000；
C、升温至1040~1080℃，压力为30~400mbar，在所述AlN成核层的上表面生长C掺杂的GaN缓冲层；
D、在所述GaN缓冲层的上表面生长外延结构层。
步骤D又依次包括如下步骤：
D1、温度为950~1050℃，在GaN缓冲层的上表面生长AlGaN层；
D2、温度为1000~1080℃，压力为100~700mbar，在AlGaN层的上表面生长重掺杂nGaN层；
D3、保持温度和压力不变，在重掺杂nGaN层的上表面生长轻掺杂nGaN层。
相比平片蓝宝石衬底制成的三极管外延片，本发明在图像化蓝宝石衬底上通过MOCVD技术生长一层多晶AlN成核层，再通过MOCVD技术生长一层掺C的GaN缓冲层，在此基础上制成的二极管外延片的位错密度由现有技术中的1E9cm-3降低至6E7cm-3。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种二极管用外延片的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
A、将图形化蓝宝石衬底放入MOCVD设备中加热升温至1020~1200℃，在H2中高温净化5~20min；
B、MOCVD设备降温至800~1050℃，压力为30~200mbar，在所述图形化蓝宝石衬底的上表面生长多晶AlN成核层；
C、升温至1040~1080℃，压力为30~400mbar，在所述AlN成核层的上表面生长C掺杂的GaN缓冲层；
D、在所述GaN缓冲层的上表面生长外延结构层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤B中，采用氨气作为N原子的先驱物，TMAl或TEAl作为Al源，氨气和Al源的摩尔比为100~1000。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤D依次包括如下步骤：
D1、温度为950~1050℃，在所述GaN缓冲层的上表面生长AlGaN层；
D2、温度为1000~1080℃，压力为100~700mbar，在所述AlGaN层的上表面生长重掺杂nGaN层；
D3、保持温度和压力不变，在所述重掺杂nGaN层的上表面生长轻掺杂nGaN层。
4.一种如权利要求1~3任一项所述的制备方法制备的二极管用外延片，其特征在于，包括：
图形化蓝宝石衬底；
AlN成核层，通过MOCVD技术沉积于所述图形化蓝宝石衬底的上表面；
GaN缓冲层，其沉积于所述AlN成核层的上表面，所述GaN缓冲层为C掺杂的GaN缓冲层；
外延结构层，其沉积于所述GaN缓冲层的上表面。
5.根据权利要求4所述的二极管用外延片，其特征在于：所述图形化蓝宝石衬底的图形高度为1~2μm，图形宽度为1.5~6μm，图形间隙为0.1~2μm。
6.根据权利要求4所述的二极管用外延片，其特征在于：所述AlN成核层是厚度为5~25nm的多晶AlN层。
7.根据权利要求4所述的二极管用外延片，其特征在于：所述GaN缓冲层中C的掺杂源为TMGa、CCl4或C2H2。
8.根据权利要求4所述的二极管用外延片，其特征在于：所述GaN缓冲层中C的掺杂浓度为5E15~1E19 cm-3，且所述GaN缓冲层的厚度为2~3μm。
9.根据权利要求4所述的二极管用外延片，其特征在于，所述外延结构层包括：
AlGaN层，其沉积于所述GaN缓冲层的上表面且厚度为30~300nm；
重掺杂nGaN层，其沉积于所述AlGaN层的上表面且掺杂浓度为5E18~2E19 cm-3，所述重掺杂nGaN层的厚度为2.5~3μm；
轻掺杂nGaN层，其沉积于所述重掺杂nGaN层的上表面且掺杂浓度为4E15~2E16 cm-3，所述轻掺杂nGaN层的厚度为5~15μm。
10.根据权利要求9所述的二极管用外延片，其特征在于：所述AlGaN层中Al的摩尔百分含量为5~20%。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |