CN109887838B - 一种氮化镓材料掺杂铁元素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氮化镓材料掺杂铁元素的方法，包括：在衬底上生长GaN材料，并在生长所述GaN材料时通入铁元素；达到第一预设条件时停止通入所述铁元素，开始通入三甲基铟；达到第二预设条件时结束生长所述GaN材料，并停止通入所述三甲基铟。本发明通过在停止通入所述铁元素时通入三甲基铟，降低表面Fe元素的残留，加速残余Fe元素的解析，从而降低生长Fe掺杂GaN材料时关闭Fe源后GaN材料中的拖尾现象，减小关闭Fe源后Fe元素进入GaN沟道的风险，提高氮化镓器件的击穿电压，提高氮化镓器件的可靠性。

Description

一种氮化镓材料掺杂铁元素的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种氮化镓材料掺杂铁元素的方法。
背景技术
高质量的GaN缓冲层是GaN HEMT材料的工作基础，微波晶体管的夹断特性要求GaN缓冲层的剩余载流子浓度小于1015cm-3，现有的大多采用Fe掺杂的方法获得高阻率的GaN缓冲层。
Fe掺杂具有很强的记忆效应，在生长Fe掺杂GaN材料时，关闭Fe源后，由于记忆效应的存在，会在随后生长的GaN材料中产生比较严重的拖尾现象，甚至会有Fe杂质进入到GaN材料的沟道中，影响电子迁移率。
发明内容
本发明实施例提供了一种氮化镓材料掺杂铁元素的方法，旨在解决现有技术中氧化嫁材料掺杂铁元素过程中关闭铁源后仍有铁杂质进入GaN材料的沟道中的问题。
本发明实施例提供了一种氮化镓材料掺杂铁元素的方法，包括：
在衬底上生长GaN材料，并在生长所述GaN材料时通入铁元素；
达到第一预设条件时停止通入所述铁元素，开始通入三甲基铟；
达到第二预设条件时结束生长所述GaN材料，并停止通入所述三甲基铟。
在一个实施例中，所述在衬底上生长GaN材料的生长温度为800℃～1300℃。
在一个实施例中，所述在衬底上生长GaN材料的生长压力为 100mbar～1000mbar。
在一个实施例中，所述生长GaN材料，包括：
使用氨气作为氮源，将氢气作为载气，将三甲基镓或三乙基镓作为镓源，生长温度为800℃～1250℃。
在一个实施例中，所述铁元素以氢气为载体通入反应室中。
在一个实施例中，所述通入三甲基铟的流量大于5sccm。
在一个实施例中，所述衬底为氮化镓、蓝宝石、SiC、Si、AlN或金刚石。
在一个实施例中，所述铁元素为有机铁。
在一个实施例中，所述第一预设条件为氮化镓材料的厚度大于0.4微米。
在一个实施例中，所述第二预设条件为开始生长AlN/AlGaN异质结之前。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明通过在停止通入所述铁元素时通入三甲基铟，铟原子会在GaN表面挤占铁原子位置，降低表面 Fe元素的残留，加速残余Fe元素的解析，从而降低生长Fe掺杂GaN材料时关闭Fe源后GaN材料中的拖尾现象，减小关闭Fe源后Fe元素进入GaN沟道的风险，提高氮化镓器件的击穿电压，提高氮化镓器件的可靠性。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一个实施例提供的氮化镓材料掺杂铁元素的方法的流程示意图；
图2为本发明的一个实施例提供的生长氮化镓材料时生长温度岁时间的变化示意图；
图3为本发明的一个实施例提供的生长氮化镓材料时的SMIS测试曲线示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。
本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
以下结合具体附图对本发明的实现进行详细地描述：
图1示出了本发明一实施例所提供的一种氮化镓材料掺杂铁元素的方法，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图1所示，本发明实施例所提供的一种氮化镓材料掺杂铁元素的方法，包括：
在步骤S101中，在衬底上生长GaN材料，并在生长所述GaN材料时通入铁元素。
在步骤S102中，达到第一预设条件时停止通入所述铁元素，开始通入三甲基铟。
在步骤S103中，达到第二预设条件时结束生长所述GaN材料，并停止通入所述三甲基铟。
在本实施例中，停止通入铁元素后，立即开始通入三甲基铟(TMIn)。
在本实施例中，GaN材料为半绝缘GaN材料。
本发明实施例中，通过在停止通入所述铁元素时通入三甲基铟，铟原子会在GaN表面挤占铁原子位置，降低表面Fe元素的残留，加速残余Fe元素的解析，从而降低生长Fe掺杂GaN材料时关闭Fe源后GaN材料中的拖尾现象，有利于增加掺杂厚度，减小关闭Fe源后Fe元素进入GaN沟道的风险，提高氮化镓器件的击穿电压，提高氮化镓器件的可靠性，具有较强的实用性。
在本发明的一个实施例中，生长GaN材料的方法可以为MOCVD (Metal-organicChemical Vapor Deposition-金属有机化合物化学气相沉淀)、 CVD(Chemical VaporDeposition-化学气相淀积)等制备方法。
在本发明的一个实施例中，在衬底上生长GaN材料的生长温度为800℃～1300℃。
在本发明的一个实施例中，所述在衬底上生长GaN材料的生长压力为 100mbar～1000mbar。
在本发明的一个实施例中，所述生长GaN材料，包括：
使用氨气作为氮源，将氢气作为载气，将三甲基镓或三乙基镓作为镓源，生长温度为800℃～1250℃。
在本实施例中，采用MOCVD方法生长GaN材料。
在本发明的一个实施例中，所述铁元素以氢气为载体通入反应室中。
在本实施例中，反应室为生长GaN材料时衬底所处的腔室。
在本发明的一个实施例中，所述通入三甲基铟的流量大于5sccm。
在本发明的一个实施例中，所述衬底为氮化镓、蓝宝石、SiC、Si、AlN或金刚石。
在本发明的一个实施例中，所述铁元素为有机铁。
在本发明的一个实施例中，所述第一预设条件为氮化镓材料的厚度大于0.4 微米。
在本发明的一个实施例中，所述第二预设条件为开始生长AlN/AlGaN异质结之前。
如图2所示，为了便于理解，以一个具体实施方式为例进行说明：
在蓝宝石衬底上生长GaN材料，并在生长所述GaN材料时通入铁元素；
再通入铁元素2300秒后，停止通入所述铁元素，开始通入三甲基铟；
达到第二预设条件时结束生长所述GaN材料，并停止通入所述三甲基铟。
如图3所示，为生长的Fe掺杂半绝缘GaN材料SMIS测试曲线。
红色为Ga元素，表明是在生长氮化镓材料，从右向左进行生长，蓝色为 Fe元素含量。可以明显看到Fe元素在掺杂区域的氮化镓材料中均匀分布，关闭Fe源后，进入左侧拖尾区域，Fe元素在氮化镓材料中并没有立即消失，有一定程度的延迟，浓度缓慢降低。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种氮化镓材料掺杂铁元素的方法，其特征在于，由以下步骤组成：
在衬底上生长GaN材料，并在生长所述GaN材料时通入铁元素；
达到第一预设条件时停止通入所述铁元素，开始通入三甲基铟；所述第一预设条件为所述氮化镓材料厚度大于0.4微米；具体为：通入所述铁元素2300秒后，停止通入所述铁元素，开始通入三甲基铟的流量大于5sccm；
达到第二预设条件时，结束生长所述GaN材料，并停止通入所述三甲基铟；所述第二预设条件为开始生长AlN/AlGaN异质结之前；
其中，生长GaN材料时，使用氨气作为氮源，将氢气作为载气，将三甲基镓或三乙基镓作为镓源，生长温度为1250℃，生长压力为100mbar～1000mbar；在停止通入所述铁元素时通入所述三甲基铟，铟原子会在所述GaN表面挤占铁原子位置，降低表面Fe元素的残留，加速残余Fe元素的解析。
2.如权利要求1所述的氮化镓材料掺杂铁元素的方法，其特征在于，所述铁元素以氢气为载体通入反应室中。
3.如权利要求1所述的氮化镓材料掺杂铁元素的方法，其特征在于，所述衬底为氮化镓、蓝宝石、SiC、Si、AlN或金刚石。
4.如权利要求1所述的氮化镓材料掺杂铁元素的方法，其特征在于，所述铁元素的生长源为有机铁。
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