CN106012022A - 一种提高半绝缘氮化镓单晶电阻率均匀性的Fe掺杂方法 - Google Patents

一种提高半绝缘氮化镓单晶电阻率均匀性的Fe掺杂方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106012022A
CN106012022A CN201610615249.2A CN201610615249A CN106012022A CN 106012022 A CN106012022 A CN 106012022A CN 201610615249 A CN201610615249 A CN 201610615249A CN 106012022 A CN106012022 A CN 106012022A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gallium nitride
semi
growth
doping
gan
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
CN201610615249.2A
Other languages
English (en)
Inventor
张嵩
陈建丽
刘兆枫
王再恩
杨丹丹
兰飞飞
徐世海
齐成军
王军山
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.)
CETC 46 Research Institute
Original Assignee
CETC 46 Research Institute
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 CETC 46 Research Institute filed Critical CETC 46 Research Institute
Priority to CN201610615249.2A priority Critical patent/CN106012022A/zh
Publication of CN106012022A publication Critical patent/CN106012022A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C30B29/406—Gallium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种提高半绝缘氮化镓单晶电阻率均匀性的Fe掺杂方法。将表面清洁的蓝宝石衬底放入系统炉中，进行无Fe掺杂的GaN基片生长，GaN层厚度控制在5um内；通入二茂铁载气H2；通入NH3；通入HCl；共15分钟，生长温度1020℃，二茂铁源温度40℃；只通入二茂铁载气H2；通入NH3，共10分钟，进行1020℃下退火；交替重复步骤二与步骤三；总共生长两小时后，半绝缘GaN单晶生长完毕；降温取出GaN单晶片。通过该方法进行Fe元素的掺杂可以提高掺杂的均匀性，进而提高半绝缘GaN单晶电阻率的均匀性。

Description

一种提高半绝缘氮化镓单晶电阻率均匀性的Fe掺杂方法
技术领域
本发明涉及半导体材料制备技术，特别是涉及一种提高半绝缘氮化镓单晶电阻率均匀性的Fe掺杂方法。
背景技术
第三代半导体材料GaN（氮化镓）作为氮化物材料的代表，其禁带宽度为3.4eV，具有较高的电子迁移率和热导率，化学稳定性强，无论是在光电子领域还是微电子领域都有很大的应用前景。其中GaN单晶衬底在微波功率器件研制中很受重视，是制作微波功率器件的理想衬底材料。GaN单晶材料的制备主要是利用HVPE（氢化物气相外延）生长方法，该方法获得的GaN单晶在不进行掺杂的条件下通常呈现低阻状态。而要想用于研制微波功率器件就必须大幅度提高电阻率实现半绝缘GaN，这就要对GaN进行深受主元素掺杂，通常选择Fe元素进行掺杂，其方法是在HVPE生长GaN单晶过程中引入二茂铁，二茂铁是通过载气载入生长炉腔体内的。
要想提高GaN基微波功率器件的性能，就要提高半绝缘GaN衬底的质量，而其高电阻率的均匀性就是半绝缘GaN衬底重要的技术指标之一。因此，如何提高HVPE法生长半绝缘GaN单晶过程中Fe元素掺杂的均匀性，进而提高电阻率均匀性就显得十分重要。
发明内容
鉴于现有技术状况，本发明提供一种提高半绝缘氮化镓单晶电阻率均匀性的Fe掺杂方法。也就是在利用HVPE方法制备半绝缘GaN单晶材料过程中的一种Fe元素掺杂的方法。
本发明采取的技术方案是：一种提高半绝缘氮化镓单晶电阻率均匀性的Fe掺杂方法，其特征在于，Fe掺杂方法有以下工艺步骤：
步骤一.将表面清洁的蓝宝石衬底放入氢化物气相外延系统炉中，进行无Fe掺杂的氮化镓基片生长，氮化镓层厚度控制在5um以内；
步骤二.进行Fe掺杂氮化镓单晶生长，通入二茂铁载气H2 ，流量100-120ml/min；通入NH3，流量1000-1100ml/min；通入HCl，流量50-55ml/min；三种气体共通入15分钟，单晶生长温度1020℃，二茂铁源温度40℃；
步骤三.暂停Fe掺杂氮化镓单晶生长，只通入二茂铁载气H2 ，流量100-120ml/min，通入NH3 ，流量1000-1100ml/min，两种气体共通入10分钟，然后进行氮化镓退火；
步骤四.交替重复步骤二与步骤三进行链式Fe掺杂半绝缘氮化镓单晶生长；
步骤五.步骤二至步骤四总共生长时间两小时后，半绝缘氮化镓单晶生长完毕；
步骤六.降温并取出氮化镓单晶片。
本发明产生的有益效果是：通过该方法进行Fe元素的掺杂可以提高掺杂的均匀性，进而来提高半绝缘GaN单晶电阻率的均匀性。
本发明主要是建立一种Fe掺杂工艺结构，进行链式的掺杂工艺。具体的讲就是在HVPE生长GaN单晶过程中不是一直进行GaN单晶原料气体（HCl）的通入，而是进行GaN单晶掺杂生长一段时间后，停止HCl的通入，只通入原料气NH3和携有二茂铁的载气进行退火扩散。如此反复进行周期性GaN掺杂生长和退火扩散。由于在进行Fe掺杂GaN生长过程中，快速的GaN生长会使Fe元素在GaN结晶时掺杂不均，容易形成Fe原子团簇现象，这就造成最终的电阻率均匀性较差。而如果采用此方法在GaN单晶生长一段时间后进行退火扩散，会使得部分GaN原子重新排列，减少缺陷的形成，同时使得团簇的Fe原子分散进入GaN晶格中，提高了Fe掺杂的均匀性，提高了半绝缘GaN的掺杂质量，电阻率可以达到1×108 Ω·cm以上。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例：链式Fe掺杂方法进行半绝缘GaN单晶生长的工艺步骤：
a)选取2英寸表面清洁的蓝宝石衬底，放入HVPE单晶炉中，进行无Fe掺杂的GaN基片生长，GaN层厚度控制在5um以内。
b)进行Fe掺杂GaN单晶生长，通入二茂铁载气H2 （100ml/min），NH3（1000ml/min）、HCl（50ml/min）15分钟，单晶生长温度1020℃，二茂铁源温度40℃。
c) 暂停Fe掺杂GaN单晶生长，只通入二茂铁载气H2 （100ml/min），NH3（1000ml/min）10分钟，进行GaN单晶1020℃下退火。
d)交替重复b)步骤与c)步骤进行链式Fe掺杂半绝缘GaN单晶生长。
e)总共生长时间两小时后半绝缘GaN单晶生长完毕。
f)降温并取出GaN单晶片。
将制备的半绝缘GaN单晶片进行非接触电阻率测试，全扫描电阻率在3×108 Ω·cm到5×108 Ω·cm之间，表面电阻率均匀性较高。

Claims (1)

1.一种提高半绝缘氮化镓单晶电阻率均匀性的Fe掺杂方法，其特征在于，Fe掺杂方法有以下工艺步骤：
步骤一.将表面清洁的蓝宝石衬底放入氢化物气相外延系统炉中，进行无Fe掺杂的氮化镓基片生长，氮化镓层厚度控制在5um以内；
步骤二.进行Fe掺杂氮化镓单晶生长，通入二茂铁载气H2 ，流量100-120ml/min；通入NH3，流量1000-1100ml/min；通入HCl，流量50-55ml/min；三种气体共通入15分钟，单晶生长温度1020℃，二茂铁源温度40℃；
步骤三.暂停Fe掺杂氮化镓单晶生长，只通入二茂铁载气H2 ，流量100-120ml/min，通入NH3 ，流量1000-1100ml/min，两种气体共通入10分钟，然后进行氮化镓退火；
步骤四.交替重复步骤二与步骤三进行链式Fe掺杂半绝缘氮化镓单晶生长；
步骤五.步骤二至步骤四总共生长时间两小时后，半绝缘氮化镓单晶生长完毕；
步骤六.降温并取出氮化镓单晶片。
CN201610615249.2A 2016-08-01 2016-08-01 一种提高半绝缘氮化镓单晶电阻率均匀性的Fe掺杂方法 Pending CN106012022A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610615249.2A CN106012022A (zh) 2016-08-01 2016-08-01 一种提高半绝缘氮化镓单晶电阻率均匀性的Fe掺杂方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610615249.2A CN106012022A (zh) 2016-08-01 2016-08-01 一种提高半绝缘氮化镓单晶电阻率均匀性的Fe掺杂方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106012022A true CN106012022A (zh) 2016-10-12

Family

ID=57115781

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610615249.2A Pending CN106012022A (zh) 2016-08-01 2016-08-01 一种提高半绝缘氮化镓单晶电阻率均匀性的Fe掺杂方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106012022A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111987198A (zh) * 2020-08-31 2020-11-24 西安电子科技大学 基于Fe掺杂的GaN基横向结构发光二极管及制作方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080308814A1 (en) * 2007-06-15 2008-12-18 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Gallium nitride substrate and gallium nitride layer formation method
CN101501818A (zh) * 2005-05-25 2009-08-05 梅尔斯科技公司 利用中间退火制造包括能带工程超晶格的半导体器件的方法
CN103221586A (zh) * 2010-11-23 2013-07-24 索泰克公司 在金属氮化物生长模板层上形成块状iii族氮化物材料的方法以及由所述方法形成的结构体
CN104795322A (zh) * 2014-01-17 2015-07-22 台湾积体电路制造股份有限公司 微波辐射退火的系统和方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101501818A (zh) * 2005-05-25 2009-08-05 梅尔斯科技公司 利用中间退火制造包括能带工程超晶格的半导体器件的方法
US20080308814A1 (en) * 2007-06-15 2008-12-18 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Gallium nitride substrate and gallium nitride layer formation method
CN103221586A (zh) * 2010-11-23 2013-07-24 索泰克公司 在金属氮化物生长模板层上形成块状iii族氮化物材料的方法以及由所述方法形成的结构体
CN104795322A (zh) * 2014-01-17 2015-07-22 台湾积体电路制造股份有限公司 微波辐射退火的系统和方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111987198A (zh) * 2020-08-31 2020-11-24 西安电子科技大学 基于Fe掺杂的GaN基横向结构发光二极管及制作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100450316B1 (ko) 탄화 규소 및 이의 제조 방법
US20180096844A1 (en) Method of gas-phase deposition by epitaxy
KR101478331B1 (ko) 에피택셜 탄화규소 단결정 기판의 제조 방법
CN103715069B (zh) 一种减少碳化硅外延薄膜中缺陷的方法
WO2018108005A1 (zh) 降低基平面位错对碳化硅外延层影响的方法
US9752254B2 (en) Method for manufacturing a single-crystal 4H—SiC substrate
WO2012144614A1 (ja) エピタキシャル炭化珪素単結晶基板及びその製造方法
JP2006321696A (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法
CN113488565B (zh) 一种氮化铝薄膜的制备方法
JP6245416B1 (ja) 炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法及び炭化珪素半導体装置の製造方法
CN104851781B (zh) 一种n型低偏角碳化硅外延片的制备方法
CN105719968B (zh) 硅衬底上外延氮化镓薄膜及制备hemt器件的方法
TW201013754A (en) Method of reducing memory effects in semiconductor epitaxy
CN111725051A (zh) 降低外延片翘曲度的方法及其外延片
CN102254798A (zh) 碳化硅pin微结构的制作方法
CN109599329A (zh) 一种硅衬底上生长氮极性iii族氮化物半导体层的方法
CN102286777A (zh) 氢化物气相外延生长GaN单晶用的H3PO4腐蚀籽晶及其制备方法
CN107887255B (zh) 一种高阻GaN薄膜外延生长的方法
CN111180311B (zh) 一种降低GaN衬底与外延层界面处Si浓度的方法
CN102064187B (zh) 一种碳化硅同质pin微结构材料及其制作方法
CN106012022A (zh) 一种提高半绝缘氮化镓单晶电阻率均匀性的Fe掺杂方法
CN105006427B (zh) 一种利用低温过渡层生长高质量氮化镓外延结构的方法
JP2014027028A (ja) ＳｉＣエピタキシャル基板製造装置、ＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法、ＳｉＣエピタキシャル基板
JP2004343133A (ja) 炭化珪素製造方法、炭化珪素及び半導体装置
CN103081062A (zh) 化合物半导体的制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20161012