CN112331746A - 一种氮化镓射频器件的外延制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氮化镓射频器件的外延制备方法，特别涉及GaN射频器件制备工艺的技术领域，包括如下步骤：S1、化学清洗：衬底为Si；S2、高温除杂：将化学清洁后的Si衬底H2环境下，1100摄氏度烘烤5分钟；S3、生长缓冲层：在Si衬底的原位烘烤清洁完毕后，在1100摄氏度、300mba的环境下，打开TMAl源和NH3源阀门，H2作为载气，高温AlN缓冲层；S4、生长插入层：温度不变将压强降低到200mba，H2作为载气，生长AIxGa1‑xN插入层，生长时间为1800秒，插入层为300nm；S5、退火：S6、生长GaN单晶：升温到1100摄氏度。打开TMGa源不关闭NH3，生长GaN。本发明具有使得衬底和外延层热膨胀系数更加适配，外延层表面减少裂纹更加光滑，外延层的质量更高的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及GaN射频器件制备工艺的技术领域，尤其是指一种氮化镓射频器件的外延制备方法。
背景技术
GaN是一种具有较大禁带宽度的半导体，属于所谓宽禁带半导体之列。它是微波功率晶体管的优良材料，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力。
采用六方结构的SiC为衬底，其与GaN的晶格失配率为3.6％，其与GaN的热膨胀系数有着很好的匹配，该种外延方式一般为首先生长一层AIN的缓冲层，然后生长GaN外延。这种方式虽然能够能够得到高质量的GaN外延，但是碳化硅的价格十分昂贵。
硅也能够作为GaN生长外延的衬底所使用，但是由于GaN外延层和硅衬底之间有着较大的热失配产生较大的张应力，当GaN超出一定临界厚度时，GaN表面会产生裂纹。
发明内容
本发明的目的是提供一种氮化镓射频器件制备工艺，其具有使得衬底和外延层热膨胀系数更加适配，外延层表面减少裂纹更加光滑，外延层的质量更高的效果。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种氮化镓射频器件制备工艺，包括如下步骤：
S1、化学清洗：衬底为Si；
S2、高温除杂：将化学清洁后的Si衬底H2环境下，1100摄氏度烘烤5分钟；
S3、生长缓冲层：在Si衬底的原位烘烤清洁完毕后，在1100摄氏度、300mba的环境下，打开TMAl源和NH3源阀门，H2作为载气，高温AlN缓冲层；
S4、生长插入层：温度不变将压强降低到200mba，H2作为载气，生长AIxGa1-xN插入层，生长时间为1800秒，插入层为300nm；
S5、退火：
S6、生长氮化镓外延层：升温到1100摄氏度。打开TMGa源不关闭NH3，生长GaN。
优选的，所述S2步骤包括：
S21、将化学清洗后的Si衬底置于反应腔中，打开载气H2，1100摄氏度时，烘烤5分钟；
S22、接着将环境温度调到800摄氏度，先打开Al源，不通入NH3，进行预沉积。
优选的，所述S1步骤包括如下步骤：
S11、先将Si衬底生长面朝上取出，需要镊取边缘；
S12、将Si衬底放入酒精溶液中，时间要短，再用去离子水冲洗，用氮气腔将Si衬底表面吹干；
S13、将Si衬底放入配置好的体积比为H2SO4:H2O2:H2O＝3:1:1的混合溶液中氧化，将氧化好的Si衬底转入事先5％左右的HF溶液中腐蚀；
S14、最后将Si衬底从腐蚀液中取出，在纯水下冲洗一分钟，再放入去离子水中清洗，用氮气将清洗好的Si衬底吹干；
S15、将清洁后的Si衬底迅速放入生长反应室中。
优选的，所述高温AlN缓冲层生长25到30nm。
优选的，所述AIxGa1-xN插入层为均匀渐变AIxGa1-xN插入层。综上所述，本发明的有益效果：
1.在缓冲层上再生长插入层能够弛豫GaN晶体生长出现的张应力。从而能满足高性能器件的足够厚度和高质量的GaN外延；
2.采用预沉积Al的方法可以防止Si衬底和N源NH3产生强SI-N键，形成无定形或者多晶SiNx层，难以影响后续外延的生长和高质量的GaN薄膜的获得。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的成品结构图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，一种氮化镓射频器件的外延制备方法，包括如下步骤：
S1、化学清洗：衬底为Si；
S2、高温除杂：将化学清洁后的Si衬底H2环境下，1100摄氏度烘烤5分钟；
S3、生长缓冲层：在Si衬底的原位烘烤清洁完毕后，在1100摄氏度、300mba的环境下，打开TMAl源和NH3源阀门，H2作为载气，高温AlN缓冲层；
S4、生长插入层：温度不变将压强降低到200mba，H2作为载气，生长AIxGa1-xN插入层，生长时间为1800秒，插入层为300nm；
S5、退火；
S6、生长氮化镓外延层：升温到1100摄氏度。打开TMGa源不关闭NH3，生长GaN。
在缓冲层上再生长插入层能够弛豫GaN晶体生长出现的张应力。从而能满足高性能器件的足够厚度和高质量的GaN外延。
所述S2步骤包括：
S21、将化学清洗后的Si衬底置于反应腔中，打开载气H2，1100摄氏度时，烘烤5分钟；
S22、接着将环境温度调到800摄氏度，先打开Al源，不通入NH3，进行预沉积。
采用这样的步骤可以防止Si衬底和N源NH3产生强SI-N键，形成无定形或者多晶SiNx层，难以影响后续外延的生长和高质量的GaN薄膜的获得。
所述S1步骤包括如下步骤：
S11、先将Si衬底生长面朝上取出，需要镊取边缘；
S12、将Si衬底放入酒精溶液中，时间要短，再用去离子水冲洗，用氮气腔将Si衬底表面吹干，这样能够去除表面有机物沾污和颗粒；
S13、将Si衬底放入配置好的体积比为H2SO4:H2O2:H2O＝3:1:1的混合溶液中氧化，将氧化好的Si衬底转入事先5％左右的HF溶液中腐蚀；
S14、最后将Si衬底从腐蚀液中取出，在纯水下冲洗一分钟，再放入去离子水中清洗，用氮气将清洗好的Si衬底吹干，这样能够将表面氧化物完全刻蚀掉；
S15、将清洁后的Si衬底迅速放入生长反应室中。
采用这样的化学清洗步骤能够使得Si衬底没有污染物，更加利于薄膜与Si衬底的直接接触，更加利于原子的扩散附着。
所述高温AlN缓冲层生长25到30nm，过厚GaN外延容易产生裂纹，过薄Ga滴会回熔到Si衬底表面，而采用25到30纳米的AlN缓冲层能够使得GaN外延的质量更好。
所述AIxGa1-xN插入层为均匀渐变AIxGa1-xN插入层，这样相比采用阶梯渐变AIxGa1-xN插入层，产生位错能够释放GaN生长的张应力，从而能够有利于GaN表面的形态。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种氮化镓射频器件的外延制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、化学清洗：衬底为Si；
S2、高温除杂：将化学清洁后的Si衬底H2环境下，1100摄氏度烘烤5分钟；
S3、生长缓冲层：在Si衬底的原位烘烤清洁完毕后，在1100摄氏度、300mba的环境下，打开TMAl源和NH3源阀门，H2作为载气，高温AlN缓冲层；
S4、生长插入层：温度不变将压强降低到200mba，H2作为载气，生长AIxGa1-xN插入层，生长时间为1800秒，插入层为300nm；
S5、退火：
S6、生长氮化镓单晶：升温到1100摄氏度。打开TMGa源不关闭NH3，生长GaN。
2.根据权利要求1所述一种氮化镓射频器件的外延制备方法，其特征在于：所述S2步骤包括：
S21、将化学清洗后的Si衬底置于反应腔中，打开载气H2，1100摄氏度时，烘烤5分钟；
S22、接着将环境温度调到800摄氏度，先打开Al源，不通入NH3，进行预沉积。
3.根据权利要求1所述一种氮化镓射频器件的外延制备方法，其特征在于：所述S1步骤包括如下步骤：
S11、先将Si衬底生长面朝上取出，需要镊取边缘；
S12、将Si衬底放入酒精溶液中，时间要短，再用去离子水冲洗，用氮气腔将Si衬底表面吹干；
S13、将Si衬底放入配置好的体积比为H2SO4:H2O2:H2O＝3:1:1的混合溶液中氧化，将氧化好的Si衬底转入事先预制5％左右的HF溶液中腐蚀；
S14、最后将Si衬底从腐蚀液中取出，在纯水下冲洗一分钟，再放入去离子水中清洗，用氮气将清洗好的衬底吹干；
S15、将清洁后的Si衬底迅速放入生长反应室中。
4.根据权利要求1所述一种氮化镓射频器件的外延制备方法，其特征在于：所述高温AlN缓冲层生长25到30nm。
5.根据权利要求1所述一种氮化镓射频器件的外延制备方法，其特征在于：所述AIxGa1-xN插入层为均匀渐变AIxGa1-xN插入层。
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