CN114334651A - 一种基于超薄氮化镓自支撑衬底的hemt制备方法 - Google Patents
一种基于超薄氮化镓自支撑衬底的hemt制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114334651A CN114334651A CN202210051673.4A CN202210051673A CN114334651A CN 114334651 A CN114334651 A CN 114334651A CN 202210051673 A CN202210051673 A CN 202210051673A CN 114334651 A CN114334651 A CN 114334651A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- type gan
- algan
- gan
- self
- 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
Links
Images
Abstract
本发明公开了一种基于超薄氮化镓自支撑衬底的HEMT制备方法，包括：对非掺自支撑衬底进行减薄，在包含杂质元素气体的气氛下将衬底加热至700‑900摄氏度，保温至少8小时，以使杂质扩散至衬底内；在衬底表面生长N型GaN，在N型GaN表面外延生长AlGaN，以在N型GaN和AlGaN的界面处形成二维电子气层，以及在AlGaN表面外延生长P型GaN；在P型GaN的两端分别制备电极和漏电极，刻蚀去除P型GaN中制备电极和漏电极的区域，并刻蚀减薄AlGaN的两端，以及在P型GaN的表面镀金属膜制备栅极。本发明在含有杂质的气氛下，再进行加热，由此通过热扩散的方式在GaN衬底中掺杂碳杂质来调控衬底的电阻率，当足够的碳杂质被掺入衬底中时，会形成高阻，有利于其作为高电子迁移率晶体管衬底的使用。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体领域，尤其是一种基于超薄氮化镓自支撑衬底的HEMT制备方法。
背景技术
氮化镓(GaN)是一种重要的第三代半导体材料，备禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速率高、抗辐射能力强等优越性能，更重要的是A1GaN/GaN异质结界面形成有高电子浓度和高电子迁移率的二维电子气(2DEG)，因此氮化镓在高温、高频、大功率、抗辐射微波器件或高功率电子器件及其电路中有非常重要的应用前景。在固态光源和电力电子、微波射频器件等领域，具有非常好的应用前景和市场潜在价值。
通常为了实现氮化镓基高电子迁移率晶体管(HEMT)的夹断等性能,在氮化镓基HEMT器件材料结构中其导电沟道必须生长在半绝缘的衬底上，该衬底的晶体质量和高阻特性直接影响器件的夹断特性、击穿电压、漏电流大小、寿命及可靠性等性能，因此对衬底的选择尤为重要。大部分氮化镓基器件外延材料是利用金属有机化学气相沉积设备异质外延生长在蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底上。
在现有技术中，在硅衬底(或碳化硅衬底)上生长的氮化镓基薄膜(即外延薄膜)属于异质外延，外延薄膜和衬底之间会存在较大的热失配，会限制住所制备器件的性能。此外现有的高阻衬底厚度更大会增加了器件的尺寸，不利于器件小型化的发展，制备高阻衬底的方法工艺成本较高，不利于大面积制备。
发明内容
本发明实施例提供一种基于超薄氮化镓自支撑衬底的HEMT制备方法，包括下述步骤：
对非掺自支撑衬底进行减薄，在包含杂质元素气体的气氛下将衬底加热至700-900摄氏度，保温至少8小时，以使杂质扩散至衬底内；
在衬底表面生长n型GaN，在n型GaN表面外延生长AlGaN，以在n型GaN和AlGaN的界面处形成二维电子气层，在AlGaN表面外延生长p型GaN；
在p型GaN的两端分别制备电极和漏电极，刻蚀去除p型GaN中制备电极和漏电极的区域，并刻蚀减薄AlGaN的两端，以及在p型GaN的表面镀金属膜制备栅极。
进一步地，还包括：
通过激光烧蚀的方式去除非掺杂自支撑衬底中晶体质量差的部分，以进行减薄。
进一步地，减薄后的非掺杂自支撑衬底的厚度为150-200μm。
进一步地，还包括：
在管式炉内，通入携带甲烷气体的氮气，将衬底加热至800-850摄氏度，保温至少8-10小时。
进一步地，通过有机化学气相沉积在GaN表面上生长8-10μm的n型GaN，其中，载流子浓度约为7-9x1015cm-3。
进一步地，AlGaN与N型GaN在界面处形成二维电子气层中，Al组分大于0，小于0.5，厚度为80-120nm。
进一步地，p型GaN的厚度为400-600nm，载流子浓度约为2x1020cm-3。
进一步地，包含杂质元素的气体为甲烷。
进一步地，衬底为蓝宝石衬底、SiC衬底、Si衬底或非掺自支撑GaN衬底中的至少一种。
进一步地，杂质为碳、硼或氦。
本发明提出的新型超薄氮化镓自支撑衬底，在含有杂质的气氛下，再进行加热，由此通过热扩散的方式在GaN衬底中掺杂碳杂质来调控衬底的电阻率，当足够的碳杂质被掺入衬底中时，会形成高阻，有利于其作为高电子迁移率晶体管衬底的使用。同时，所使用的工艺流程较为简单，容易实现在实际中的应用。
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他的附图。
图1为本发明实施例提供的掺杂碳杂质形成半绝缘衬底的过程的示意图；
图2为本发明实施例提供的利用自支撑衬底制备HEMT器件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的利用自支撑衬底制备的HEMT器件的输出特性测试图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明实施例提供的一种基于超薄氮化镓自支撑衬底的HEMT制备方法，包括下述步骤：
步骤一、对非掺自支撑衬底进行减薄，在包含杂质元素气体的气氛下将衬底加热至700-900摄氏度，保温至少8小时，以使杂质扩散至衬底内；
本发明实施例中，准备一双面抛光的非掺GaN自支撑衬底，厚度约为300-500μm，如图1所示的底部衬底，通过激光烧蚀的方式去除GaN自支撑衬底中晶体质量较差的部分，达到衬底减薄的效果，所去除部分的厚度约为100-150μm，使超薄衬底的厚度大约为150-200μm。其中，衬底为蓝宝石衬底、SiC衬底、Si衬底或非掺自支撑GaN衬底中的至少一种。
进一步地，在管式炉内，通入携带甲烷气体的氮气，将衬底加热至800-850摄氏度，保温至少8-10小时。携带甲烷气体的氮气气氛来提供碳杂质，之后在700-900℃下保温8-10小时，此时气氛中含有的碳杂质通过热扩散的方法使碳杂质能够掺杂到衬底表面以及向下继续扩散到GaN衬底的内部，如图2所示的示意图。其中，包含杂质元素的气体为甲烷。可渗入的杂质为碳、硼或氦。扩散完成后即制备完成高阻的超薄氮化镓自支撑衬底，其中，衬底的电阻可通过控制杂质气体的含量进行控制。
步骤二、在衬底表面外延生长n型GaN，在n型GaN表面外延生长AlGaN，以在n型GaN和AlGaN的界面处形成二维电子气层，以及在AlGaN表面外延生长p型GaN；
具体地，通过有机化学气相沉积在GaN表面上生长8-10μm的n型GaN，其中，载流子浓度约为7-9x1015cm-3。p型GaN的厚度为400-600nm，载流子浓度约为2x1020cm-3。AlGaN与n型GaN在界面处形成二维电子气层中，Al组分大于0，小于0.5，厚度为80-120nm。
本发明实施例中，将完成热扩散掺杂的衬底进行一定的清洗处理，通过有机化学气相沉积(MOCVD)在GaN缓冲层上生长10μm的n型GaN，载流子浓度约为8x1015cm-3。氢基硅烷可以用作n型掺杂剂(供体)的Si原料。如图1所示，在外延n型GaN表面生长AlGaN材料使其与下层的n型GaN形成异质结，在界面处形成二维电子气层(2DEG)，其Al组分大于0，小于0.5，厚度为100nm，其中，组分过高则容易产生裂痕，厚度过低则不足以在GaN材料界面处形2DEG。
步骤三、在p型GaN的两端分别制备电极和漏电极，刻蚀去除p型GaN中制备电极和漏电极的区域，并刻蚀减薄AlGaN的两端，以及在p型GaN的表面镀金属膜制备栅极。
如图2所示，外延生长500nm的p型GaN材料，载流子浓度约为2x1020cm-3。二茂镁可以用作p型掺杂剂的供体，以在GaN材料界面处耗尽二维电子气。
如图2所示，对生长完的GaN外延片进行光刻及刻蚀，来去掉部分p-GaN在器件两端露出制备源漏电极的区域，之后进行下一步光刻、刻蚀，刻蚀掉部分AlGaN,通过减少AlGaN的厚度来降低二维电子气沟道的迁移率，光刻后镀Ti/Al/Ni/Au，形成源漏电极。在原有结构上面，利用套刻方法，在p-GaN上镀Ni/Au，制备栅极。去除残胶后，就可以完成器件制备。
本发明提出的新型超薄氮化镓自支撑衬底，在含有杂质的气氛下，再进行加热，由此通过热扩散的方式在GaN衬底中掺杂碳杂质来调控衬底的电阻率，当足够的碳杂质被掺入衬底中时，会形成高阻，有利于其作为高电子迁移率晶体管衬底的使用。同时，所使用的工艺流程较为简单，容易实现在实际中的应用。
由图3可以看到在从-10V到0V的过程中，反向漏电流下降了近三个数量级，器件的开关比也得到了较大的提升，反应出热扩散掺杂对器件性能的效果。这是由于碳杂质进入到氮化镓的能级，从而导致形成了一层高阻区域，能够有效阻断器件的漏电。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于超薄氮化镓自支撑衬底的HEMT制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
对非掺自支撑衬底进行减薄，在包含杂质元素气体的气氛下将衬底加热至700-900摄氏度，保温至少8小时，以使杂质扩散至衬底内；
在衬底表面生长n型GaN，在n型GaN表面外延生长AlGaN，以在n型GaN和AlGaN的界面处形成二维电子气层，以及在AlGaN表面外延生长p型GaN；
在p型GaN的两端分别制备电极和漏电极，刻蚀去除p型GaN中制备电极和漏电极的区域，并刻蚀减薄AlGaN的两端，以及在P型GaN的表面镀金属膜制备栅极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：
通过激光烧蚀的方式去除非掺杂自支撑衬底中晶体质量差的部分，以进行减薄。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，减薄后的非掺杂自支撑衬底的厚度为150-200μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：
在管式炉内，通入携带甲烷气体的氮气，将衬底加热至800-850摄氏度，保温至少8-10小时。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
通过有机化学气相沉积(MOCVD)在GaN表面上生长8-10μm的n型GaN，其中，载流子浓度约为7-9x1015cm-3。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，AlGaN与n型GaN在界面处形成的二维电子气层中，Al组分大于0，小于0.5，厚度为80-120nm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，p型GaN，厚度为400-600nm，载流子浓度约为2x1020cm-3。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包含杂质元素的气体为甲烷。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，衬底为蓝宝石衬底、SiC衬底、Si衬底或非掺自支撑GaN衬底中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，杂质为碳、硼或氦。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210051673.4A CN114334651A (zh) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | 一种基于超薄氮化镓自支撑衬底的hemt制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210051673.4A CN114334651A (zh) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | 一种基于超薄氮化镓自支撑衬底的hemt制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114334651A true CN114334651A (zh) | 2022-04-12 |
Family
ID=81027744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210051673.4A Pending CN114334651A (zh) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | 一种基于超薄氮化镓自支撑衬底的hemt制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114334651A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117542876A (zh) * | 2024-01-10 | 2024-02-09 | 英诺赛科（珠海）科技有限公司 | 一种半导体器件及半导体器件的制作方法 |
-
2022
- 2022-01-17 CN CN202210051673.4A patent/CN114334651A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117542876A (zh) * | 2024-01-10 | 2024-02-09 | 英诺赛科（珠海）科技有限公司 | 一种半导体器件及半导体器件的制作方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101252088B (zh) | 一种增强型A1GaN/GaN HEMT器件的实现方法 | |
| CN101916773B (zh) | 一种双沟道mos-hemt器件的制作方法 | |
| CN106920849B (zh) | 一种散热性好的Ga2O3基金属氧化物半导体场效应晶体管及其制备方法 | |
| CN110112215B (zh) | 兼具栅介质与刻蚀阻挡功能结构的功率器件及制备方法 | |
| CN116314278B (zh) | 高电子迁移率晶体管外延结构及制备方法、hemt器件 | |
| JP2003318388A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| WO2023024550A1 (zh) | 增强型GaN基HEMT器件、器件外延及其制备方法 | |
| CN210429824U (zh) | 一种增强型AlN/AlGaN/GaN HEMT器件 | |
| CN112133749A (zh) | 一种p型帽层增强型hemt器件及其制备方法 | |
| CN111384171B (zh) | 高沟道迁移率垂直型umosfet器件及其制备方法 | |
| CN113555431B (zh) | 基于P型GaN漏电隔离层的同质外延氮化镓高电子迁移率晶体管及制作方法 | |
| CN114334651A (zh) | 一种基于超薄氮化镓自支撑衬底的hemt制备方法 | |
| Li et al. | Quasi-vertical GaN merged PN Schottky diode by using the p-NiO/n-GaN heterojunction | |
| CN114250510B (zh) | 一种用于氮化镓基射频器件的外延结构及其制备方法 | |
| CN115799331A (zh) | 一种基于蓝宝石衬底的多凹槽AlGaN/GaN HEMT器件 | |
| CN111009579A (zh) | 半导体异质结构及半导体器件 | |
| CN111009468A (zh) | 一种半导体异质结构制备方法及其用途 | |
| CN113838817A (zh) | 一种金刚石基氮化镓异质结二极管器件的制备方法 | |
| JP5540296B2 (ja) | ダイヤモンド電子素子及びその製造方法 | |
| JP2012084702A (ja) | ダイヤモンド電子素子及びその製造方法 | |
| JP3924628B2 (ja) | ＳｉＣショットキーダイオードの製造方法 | |
| Woo et al. | From Wide to Ultrawide-Bandgap Semiconductors for High Power and High Frequency Electronic Devices | |
| JP2007042936A (ja) | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ | |
| CN110838518A (zh) | 一种hemt器件的外延结构及其制备方法和应用 | |
| CN107768238B (zh) | 格栅调谐外延生长碳化硅薄膜的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |