CN113488374A - 一种氮化镓的制备方法及氮化镓基器件 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例提供了一种氮化镓的制备方法及氮化镓基器件，该制备方法包括：提供衬底；在上述衬底上生长低温成核层；以及在反应室的温度处于1000℃～1100℃且上述反应室的压力处于100Torr～300Torr的情况下，在上述低温成核层上生长氮化镓层，得到氮化镓。
Description
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种氮化镓的制备方法及氮化镓基器件。
背景技术
氮化镓是第三代半导体材料，其具有直接带隙和宽禁带等特点，可以用于制备发光二极管、激光器、光电探测器或高迁移率晶体管等。
在实现本公开构思的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下技术问题：采用相关技术制备得到的氮化镓的质量和性能不高。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供了一种氮化镓的制备方法及氮化镓基器件。
本公开实施例的一个方面提供了一种氮化镓的制备方法，包括：提供衬底；在上述衬底上生长低温成核层；以及，在反应室的温度处于1000℃～1100℃且上述反应室的压力处于100Torr～300Torr的情况下，在上述低温成核层上生长氮化镓层，得到上述氮化镓。
根据本公开的实施例，上述温度处于1020℃～1040℃。
根据本公开的实施例，上述压力处于250Torr～300Torr。
根据本公开的实施例，上述衬底的材料包括蓝宝石、碳化硅或氮化镓。
根据本公开的实施例，还包括：将上述衬底置于上述反应室中；在上述反应室通入氢气；以及，在上述反应室处于预设温度的情况下，对上述衬底进行烘烤处理。
根据本公开的实施例，上述预设温度为1050℃。
根据本公开的实施例，上述在所述衬底上生长低温成核层，包括：在上述反应室的温度处于450℃～600℃的情况下，在上述衬底上生成上述低温成核层。
根据本公开的实施例，上述低温成核层的生长厚度范围包括0.01μm ～0.04μm。
根据本公开的实施例，上述低温成核层的材料包括氮化镓、氮化铝镓或氮化铝；上述氮化镓层的生长厚度大于1μm。
本公开实施例的另一方面提供了一种氮化镓基器件，该氮化镓基器件是根据上述方法制备得到的。
根据本公开的实施例，通过提供衬底，在衬底上生长低温成核层，并在反应室的温度处于1000℃～1100℃且反应室的压力处于100Torr～300Torr 的情况下，在低温成核层上生长氮化镓层，得到氮化镓。由于在反应室的温度处于1000℃～1100℃且反应室的压力处于100Torr～300Torr的情况下，使得生长速率是能够实现二维生长的生长速率，而采用二维生长方式得到的氮化镓的碳杂质浓度较低，因此，降低了氮化镓层中的碳杂质浓度，提高了氮化镓层的迁移率，进而提高了制得的氮化镓的质量和性能，因而，至少部分地克服了采用相关技术制备得到的氮化镓的质量和性能不高的技术问题。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了根据本公开实施例的氮化镓的制备方法的流程图；
图2示意性示出了根据本公开另一实施例的氮化镓的制备方法的流程图；
图3示意性示出了根据本公开实施例的氮化镓中碳杂质浓度与氮化镓的深度的关系示意图；以及
图4示意性示出了根据本公开实施例的氮化镓基器件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本公开，而非对本公开的限定，实施例中记载的各个特征可进行组合，形成多个可选方案。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分而非全部结构。
目前，在工业界，氮化镓基器件的外延生长可以采用金属有机物气相沉积的方法实现，即，采用有机源作为反应物，基于反应物得到目标产物，即，氮化镓基器件。
在实现本公开构思的过程中，发现采用相关技术制备得到的氮化镓的质量和性能不高。进一步发现这是由于在金属有机物气相沉积生长过程中，由于采用的反应物是有机源，有机源包括碳，因此，可能会向基于反应物得到的目标产物(即氮化镓)中引入碳杂质。而碳杂质会导致晶格缺陷，晶格缺陷将影响氮化镓器件的迁移率，进而降低了氮化镓的质量和性能。
为了提高氮化镓的质量和性能，发现需要降低碳杂质浓度，而为了降低碳杂质浓度，发现可以采用二维生长方式。这是由于针对氮化镓的外延生长，外延生长方式可以包括二维生长或三维生长。采用二维生长方式制备得到的氮化镓的碳杂质浓度较低。生长速率是影响外延生长是二维生长还是三维生长的较为重要的指标，即，二维生长具有与其对应的生长速率范围，三维生长具有与其对应的生长速率范围。还发现影响生长速率的因素可以包括反应室的压力和反应室的温度，即，反应室的温度和压力共同影响生长速率。由此可得，可以通过调节反应室的温度和压力来调节生长速率。
基于上述内容，是否可以实现二维生成受到生长速率的影响，生长速率受到反应室的温度和压力的影响，由此，可以通过调节反应室的温度和压力，使得反应室的温度处于预设温度范围且反应室的压力处于预设压力范围，以使得生长速率处于预期生长速率范围，该预期生长速率范围是能够实现二维生长的生长速率范围。
基于上述内容，本公开实施例提供了一种氮化镓的制备方法及氮化镓基器件。该制备方法可以包括：提供衬底，在衬底上生长低温成核层，并在反应室的温度处于1000℃～1100℃且反应室的压力处于100Torr～300Torr 的情况下，在低温成核层上生长氮化镓层，得到氮化镓。
图1示意性示出了根据本公开实施例的氮化镓的制备方法的流程图。
如图1所示，该方法包括操作S110～S130。
在操作S110，提供衬底。
在操作S120，在衬底上生长低温成核层。
在操作S130，在反应室的温度处于1000℃～1100℃且反应室的压力处于100Torr～300Torr的情况下，在低温成核层上生长氮化镓层，得到氮化镓。
根据本公开的实施例，预设温度范围可以为1000℃～1100℃，预设压力范围可以为100Torr～300Torr。
根据本公开的实施例，可以通过调节反应室的温度和压力，使得反应室的温度处于1000℃～1100℃且反应室的压力处于100Torr～300Torr，在此情况下，实现在低温成核层上以二维生长方式生长氮化镓层，得到具有较高质量和性能的氮化镓，即，可以使得氮化镓层中的碳杂质浓度降低至1017 cm-3以下，迁移率提高至800cm2/v·s以上。
根据本公开的实施例，通过提供衬底，在衬底上生长低温成核层，并在反应室的温度处于1000℃～1100℃且反应室的压力处于100Torr～300Torr 的情况下，在低温成核层上生长氮化镓层，得到氮化镓。由于在反应室的温度处于1000℃～1100℃且反应室的压力处于100Torr～300Torr的情况下，使得生长速率是能够实现二维生长的生长速率，而采用二维生长方式得到的氮化镓的碳杂质浓度较低，因此，降低了氮化镓层中的碳杂质浓度，提高了氮化镓层的迁移率，进而提高了制得的氮化镓的质量和性能，因而，至少部分地克服了采用相关技术制备得到的氮化镓的质量和性能不高的技术问题。
根据本公开的实施例，温度可以处于1020℃～1040℃。
根据本公开的实施例，温度例如可以是1030℃。
根据本公开的实施例，压力可以处于250Torr～300Torr。
根据本公开的实施例，压力例如可以是275Torr。
根据本公开的实施例，衬底的材料可以包括蓝宝石、碳化硅或氮化镓。
根据本公开的实施例，衬底的材料例如可以是蓝宝石。
根据本公开的实施例，该制备方法还可以包括如下操作。
将衬底置于上述反应室中。在反应室通入氢气。在反应室处于预设温度的情况下，对衬底进行烘烤处理。
根据本公开的实施例，可以将衬底置于金属有机物气相沉积的反应室中，在反应室通入氢气，在反应室处于预设温度的情况下，对衬底进行烘烤，并清洁衬底的表面。
根据本公开的实施例，预设温度可以为1050℃。
根据本公开的实施例，在衬底上生长低温成核层，可以包括如下操作。
在反应室的温度处于450℃～600℃的情况下，在衬底上生成低温成核层。
根据本公开的实施例，反应室的温度例如可以是525℃。
根据本公开的实施例，低温成核层的生长厚度范围可以包括0.01μm ～0.04μm。
根据本公开的实施例，低温成核层的生长厚度例如可以是0.025μm。
根据本公开的实施例，低温成核层的材料可以包括氮化镓、氮化铝镓或氮化铝。氮化镓层的生长厚度可以大于1μm。
根据本公开的实施例，低温成核层的材料例如可以是氮化铝。氮化镓层的生长厚度例如可以是1.5μm。
下面参考图2～图3，对根据本公开实施例的氮化镓的制备过程进行说明。
图2示意性示出了根据本公开另一实施例的氮化镓的制备方法的流程图。
如图2所示，该方法包括操作S210～S260。
在操作S210，提供衬底材料为蓝宝石的衬底。
在操作S220，将衬底置于金属有机化合物化学气相沉淀的反应室中。
在操作S230，在反应室通入氢气。
在操作S240，在反应室处于1050℃的情况下，对衬底进行烘烤处理，并清洁衬底的表面。
在操作S250，在反应室的温度处于525℃的情况下，在衬底上生长低温成核层，其中，低温成核层的材料为氮化铝，低温成核层的生长厚度为 0.025μm。
在操作S260，在反应室的温度处于1030℃且反应室的压力处于 275Torr的情况下，在低温成核层上生长氮化镓层，得到氮化镓，其中，氮化镓层的生长厚度为1.5μm。
图3示意性示出了根据本公开实施例的氮化镓中碳杂质浓度与氮化镓的深度的关系示意图。
如图3所示，当氮化镓层的深度到达40nm后，碳杂质浓度就低于 1017cm-3，并且随着氮化镓层的深度增加，碳杂质浓度趋于稳定，由于本公开实施例的氮化镓层厚度大于1000nm，因此可得根据本公开本实施例所述的方法制备得到的氮化镓中碳杂质浓度低于1017cm-3。
根据本公开的实施例，采用霍尔效应测试仪检测获得的氮化镓层的迁移率大于800cm2/v·s。
图4示意性示出了根据本公开实施例的氮化镓基器件的结构示意图。
根据本公开的实施例，氮化镓基器件是根据本公开实施例所述的氮化镓的制备方法制备得到的。
如图4所示，氮化镓基器件400可以包括：
衬底401。
低温成核层402，低温成核层402生长于衬底401上。
氮化镓层403，氮化镓层403生长于低温成核层上。
根据本公开的实施例，由于在反应室的温度处于1000℃～1100℃且反应室的压力处于100Torr～300Torr的情况下，使得生长速率是能够实现二维生长的生长速率，而采用二维生长方式得到的氮化镓的碳杂质浓度较低，因此，降低了氮化镓层中的碳杂质浓度，提高了氮化镓层的迁移率，进而提高了制得的氮化镓基器件的质量和器件性能。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氮化镓的制备方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底上生长低温成核层；以及
在反应室的温度处于1000℃～1100℃且所述反应室的压力处于100Torr～300Torr的情况下，在所述低温成核层上生长氮化镓层，得到所述氮化镓。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述温度处于1020℃～1040℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压力处于250Torr～300Torr。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底的材料包括蓝宝石、碳化硅或氮化镓。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述衬底置于所述反应室中；
在所述反应室通入氢气；以及
在所述反应室处于预设温度的情况下，对所述衬底进行烘烤处理。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述预设温度为1050℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述在所述衬底上生长低温成核层，包括：
在所述反应室的温度处于450℃～600℃的情况下，在所述衬底上生成所述低温成核层。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述低温成核层的生长厚度范围包括0.01μm～0.04μm。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述低温成核层的材料包括氮化镓、氮化铝镓或氮化铝；所述氮化镓层的生长厚度大于1μm。
10.一种氮化镓基器件，所述氮化镓基器件是根据权利要求1～9中任一项所述的方法制备得到的。
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