CN117286577A - 一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法，首先采用高温、高V/III比工艺，在III‑V族氮化物材料表面生长下层n+‑GaN层，降低二次外延材料与二维电子气2DEG间的接触电阻；随后采用低V/III比工艺生长上层n+‑GaN层，在保持较好晶体质量的同时，降低材料电阻率；最后采用高V/III比工艺生长非故意掺杂GaN层，改善材料表面形貌，降低二次外延材料与源漏金属电极间的接触电阻，实现的n+‑GaN二次外延材料表面平整、晶体质量高、电阻率低，有利于降低GaN微波器件的欧姆接触电阻，同时利用MOCVD等技术生长速度快、产能大等特点，适合批量生产。
Description
技术领域
本申请涉及半导体外延材料技术领域，特别是涉及一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法。
背景技术
GaN微波功率器件具有输出功率大、工作频率高、耐高温等特性，广泛用于无线通信、射频能源等领域。其中，用于W波段及以上频段GaN微波功率器件的GaN异质结外延材料，其势垒层铝组分较高、禁带宽度较大，采用合金化欧姆接触及欧姆区域刻蚀等技术制备的欧姆接触电阻普遍偏大，造成寄生效应明显，严重限制着高频器件的性能。
为降低GaN微波功率器件的欧姆接触电阻，目前主要采用欧姆挖槽、硅注入后高温激活、源漏区二次外延等工艺。欧姆挖槽工艺对于刻蚀深度和退火温度等工艺条件较为敏感，也很难应用于高铝组分的势垒层；硅注入后高温激活工艺，将掺杂原子注入到势垒层和沟道层中，从而降低源漏电极与二维电子气间的势垒高度，但同时增加了杂质散射，且高温激活过程易对异质结晶格造成损伤，致使二维电子气迁移率出现较为明显的下降；而源漏区二次外延技术，在GaN沟道层表面二次外延n+-GaN材料，避免源漏电极与GaN沟道层接触而形成接触势垒，从而可获得较低的欧姆接触电阻，是降低高频GaN功率器件寄生效应的一条有效途径。
源漏区二次外延技术，包括MOCVD和分子束外延(MBE)等二次外延技术。SiH4是GaN材料中最常用的N型掺杂源，然而硅原子与镓原子半径差别较大，在材料中掺入过高剂量的硅原子会引发GaN晶格畸变，致使GaN晶体质量及表面形貌出现明显退化。MBE技术具有原子级的有序推积、高度清洁的生长表面及高平整度等优良特性，有利于缓解重掺杂下的晶格畸变，实现晶体质量高和表面平整的n+-GaN材料，但存在着生长速率低下，对真空条件要求高、产量低等劣势，不适合规模化生产。而MOCVD等技术具有生长速度快、产能大的特点，适合批量生产，但n+-GaN材料受限于重掺杂下的晶格畸变，且GaN在MOCVD高温外延生长期间通入高浓度的SiH4，部分SiH4会与NH3发生化学气相反应，生成非晶氮化硅而嵌入至GaN晶格，在加重GaN晶体质量退化的同时，降低了硅原子并入GaN晶格的效率，导致n+-GaN材料电阻率增加，不利于降低欧姆接触电阻。因此，基于MOCVD源漏区二次外延技术，如何在保持较高的晶体质量和较为平整的表面形貌同时，降低薄层n+-GaN材料的电阻率，对于高频GaN微波功率器件的欧姆接触电阻降低、射频性能提升及规模化生产具有十分重要的意义。
发明内容
解决的技术问题：
本申请需要解决的技术问题是虽然现有MOCVD等技术具有生长速度快、产能大的优势，但制备的n+-GaN材料晶体质量及表面形貌较差、电阻率偏高，不利于降低欧姆接触电阻等问题，提供一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法，基于MOCVD等外延技术提出一种n+-GaN材料的二次外延方法，首先采用高温、高V/III比工艺，在III-V族氮化物材料表面生长下层n+-GaN层，降低二次外延材料与2DEG间的接触电阻；随后采用低V/III比工艺生长上层n+-GaN层，在保持较好晶体质量的同时，降低材料电阻率；最后采用高V/III比工艺生长非故意掺杂GaN层，改善材料表面形貌，降低二次外延材料与源漏金属电极间的接触电阻，本方法实现的n+-GaN二次外延材料表面平整、晶体质量高、电阻率低，有利于降低GaN微波器件的欧姆接触电阻，同时利用MOCVD等技术生长速度快、产能大等特点，适合批量生产，二次外延高质量、低电阻率的n+-GaN材料是降低高频GaN微波功率器件欧姆接触电阻、提升射频性能的有效途径。
技术方案：
一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法，具体工艺条件为：
第一步：选取III-V族氮化物外延材料，置于外延生长设备内基座上；
第二步：在氨气NH3的气氛下设定反应室压力100～500torr，系统升温至T1；
第三步：维持反应室NH3气氛，并保持反应室压力、温度T1不变，通入金属有机镓源、金属有机铟源和硅烷SiH4；通过调整金属有机镓源、金属有机铟源流量，使NH3和金属有机镓源的摩尔比值为A1，金属有机镓源和金属有机铟源的摩尔比值为B1；调整SiH4流量，使金属有机镓源和SiH4的摩尔比值为C1，生长5～15nm厚的下层n+-GaN层，关闭金属有机镓源、金属有机铟源和SiH4；
第四步：维持反应室NH3气氛，设定反应室压力100～500torr，温度在T1基础上下降50±20℃，通入金属有机镓源、金属有机铟源和SiH4；通过调整金属有机镓源、金属有机铟源流量，使NH3和金属有机镓源的摩尔比值为A2，金属有机镓源和金属有机铟源的摩尔比值为B2；调整SiH4流量，使金属有机镓源和SiH4的摩尔比值为C2，生长30～150nm厚的上层n+-GaN层，关闭金属有机镓源、金属有机铟源和SiH4；
第五步：维持反应室NH3气氛，设定反应室压力100～500torr，温度保持不变，通入金属有机镓源和金属有机铟源，通过调整金属有机镓源和金属有机铟源流量，使NH3和金属有机镓源的摩尔比值为A3，金属有机镓源和金属有机铟源的摩尔比值为B3，生长3～20nm厚的非故意掺杂GaN层，关闭金属有机镓源和金属有机铟源；
第六步：保持工艺条件不变，通入SiH4，持续时长t；
第七步：关闭SiH4，在NH3气氛保护下降至室温，取出二次外延材料。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第三步生长下层n+-GaN层的生长温度T1范围970～1120℃，NH3和金属有机镓源的摩尔比值A1范围为1200～3000，金属有机镓源和金属有机铟源的摩尔比值B1范围为15～50，金属有机镓源和SiH4的摩尔比值C1范围为250～750。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第四步生长上层n+-GaN层的NH3和金属有机镓源的摩尔比值A2范围为400～1200，金属有机镓源和金属有机铟源的摩尔比值为B2范围为50～120，金属有机镓源和SiH4的摩尔比值C2范围为80～250。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第五步生长非故意掺杂GaN层的NH3和金属有机镓源的摩尔比值为A3范围为1500～3500，金属有机镓源和金属有机铟源的摩尔比值B3范围为50～120。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第六步中通入SiH4持续时长t范围0.15-0.5分钟。
作为本申请的一种优选技术方案：所述III-V族氮化物为GaN。
作为本申请的一种优选技术方案：所述金属有机镓源为三甲基镓，金属有机铟源为三甲基铟。
作为本申请的一种优选技术方案：所述除了在III-V族氮化物的表面二次外延n+-GaN以外，还可以在半导体材料、器件的表面或者中间层结构中二次外延n+-GaN材料。
作为本申请的一种优选技术方案：所述外延生长设备为MOCVD。
有益效果：
本申请所述一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、能够实现表面平整、晶体质量高、电阻率低的n+-GaN二次外延材料，克服了现有技术制备的n+-GaN二次外延材料晶体质量及表面形貌较差、电阻率偏高的问题，有利于降低GaN微波器件的欧姆接触电阻等；
2、同时利用MOCVD等技术生长速度快、产能大等特点，适合批量生产，克服了MBE生长速率低下、对真空条件要求高、产量低的问题；
3、基于n+-GaN二次外延材料，采用源漏刻蚀技术，使得n+-GaN二次外延材料与2DEG直接接触，然后再采用电子束蒸发源漏金属，不需要合金即可以形成良好的欧姆接触；因此，工艺较为简单，且能够适用于高铝组分的势垒层，克服了欧姆挖槽工艺的局限；无需高温激活工艺，避免引入晶格损伤，克服了欧姆硅注入工艺的局限；
4、基于铝组分较高、禁带宽度较大的势垒层结构，采用挖槽工艺、硅注入工艺制作的欧姆接触，其欧姆接触电阻分别为0.5Ω·mm、0.3Ω·mm；采用现有二次外延工艺制备的n+-GaN材料，对应的欧姆接触电阻为0.3Ω·mm；而本申请制备的n+-GaN材料，对用欧姆接触电阻为0.1Ω·mm，显著降低了欧姆接触电阻，促进GaN高频器件性能的提升。
附图说明
图1为本申请n+-GaN材料表面形貌图，其中(a)为本发明实施例1中先后采用高温高V/III比工艺生长下层n+-GaN层、低V/III比工艺生长上层n+-GaN层、高V/III比工艺生长非故意掺杂GaN层制备的n+-GaN材料表面形貌图，附图1(b)为采用常规二次外延工艺制备的n+-GaN材料的表面形貌图(原子力显微镜测试，测试范围为5μm×5μm)；
图2为本申请4英寸n+-GaN材料方阻片内分布图，其中(a)为本发明实施例1中先后采用高温高V/III比工艺生长下层n+-GaN层、低V/III比工艺生长上层n+-GaN层、高V/III比工艺生长非故意掺杂GaN层制备的4英寸n+-GaN材料方阻片内分布图，附图2(b)为采用常规二次外延工艺制备的4英寸n+-GaN材料方阻片内分布图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围包括但不局限于所述实施例。
实施例1:
一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法，具体步骤如下：
第一步：选取4英寸GaN高阻外延材料，置于MOCVD设备内基座上；
第二步：在氨气NH3的气氛下设定反应室压力250torr，系统升温至T1＝1050℃；
第三步：维持反应室NH3气氛，并保持反应室压力、温度T1不变，通入三甲基镓、三甲基铟和硅烷SiH4；通过调整三甲基镓、三甲基铟流量，使NH3和三甲基镓的摩尔比值为A1为1640，三甲基镓和三甲基铟的摩尔比值为B1为36；调整SiH4流量，使三甲基镓和SiH4的摩尔比值为C1为450，生长8nm厚的下层n+-GaN层，关闭三甲基镓、三甲基铟和SiH4；
第四步：维持反应室NH3气氛，设定反应室压力200torr，温度下降至1000℃，通入三甲基镓、三甲基铟和SiH4；通过调整三甲基镓、三甲基铟流量，使NH3和三甲基镓的摩尔比值为A2为840，三甲基镓和三甲基铟的摩尔比值为B2为76；调整SiH4流量，使三甲基镓和SiH4的摩尔比值为C2为120，生长60nm厚的上层n+-GaN层，关闭三甲基镓、三甲基铟和SiH4；
第五步：维持反应室NH3气氛，设定反应室压力200torr，温度保持1000℃不变，通入金属三甲基镓和三甲基铟，通过调整金属三甲基镓和三甲基铟流量，使NH3和三甲基镓的摩尔比值为A3为2260，三甲基镓和三甲基铟的摩尔比值为B3为60，生长7nm厚的非故意掺杂GaN层，关闭三甲基镓和三甲基铟；
第六步：保持工艺条件不变，通入SiH4，持续时长0.25分钟；
第七步：关闭SiH4，在NH3气氛保护下降至室温，取出二次外延材料。
本发明方法生长的n+-GaN材料的表面形貌如图1(a)所示，与图1(b)所示的采用常规二次外延工艺制备的n+-GaN材料的表面形貌相比，表面更平整，缺陷密度更低，材料质量更好。本发明方法生长的4英寸n+-GaN材料，方阻为38.6Ω/□，如图2(a)所示，对应的电阻率为2.9*10-4Ω·cm，器件传输线测试方阻为35.7Ω/□，基于源漏区二次外延技术制备的欧姆接触电阻为0.1Ω·mm；而采用现有二次外延工艺制备的4英寸n+-GaN材料，方阻为91.6Ω/□，如图2(b)所示，对应的电阻率为6.9*10-4Ω·cm，器件传输线测试方阻89.4Ω/□，基于源漏区二次外延技术制备的欧姆接触电阻为0.3Ω·mm。说明本专利提供的n+-GaN材料的二次外延方法在保持较好的材料质量及表面形貌同时，显著降低n+-GaN材料的电阻率，从而获得较低的欧姆接触电阻，有利于提升高频GaN功率器件的性能。同时利用MOCVD等技术生长速度快、产能大等特点，适合批量生产。
实施例2
一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法，具体步骤如下：
第一步：选取III-V族氮化物GaN外延材料，置于外延生长设备MOCVD内基座上；
第二步：在氨气NH3的气氛下设定反应室压力100torr，系统升温至T1＝970℃；
第三步：维持反应室NH3气氛，并保持反应室压力、温度T1不变，通入金属有机镓源、金属有机铟源和硅烷SiH4；通过调整镓源、铟源流量，使NH3和镓源的摩尔比值为A1，镓源和铟源的摩尔比值为B1；调整SiH4流量，使镓源和SiH4的摩尔比值为C1，生长5nm厚的下层n+-GaN层，关闭镓源、铟源和SiH4；所述第三步中下层n+-GaN层，其生长温度T1为970℃，NH3和镓源的摩尔比值为A1为1200，镓源和铟源的摩尔比值为B1为15，镓源和SiH4的摩尔比值为C1为250；第三步采用高温T1范围970℃、NH3和镓源的高V/III比A1为1200生长工艺，并在生长期间通入足量的金属有机铟源B1为15作表面活性剂，有助于提升下层n+-GaN层晶体质量、及二次外延材料与二维电子气间界面质量；通入适量的SiH4即C1≤750使n+-GaN层保持较高的结晶质量及较低的电阻率，有利于降低二次外延材料与二维电子气间的接触电阻；然而通入SiH4的流量偏大时即C1＜250，高温下金属有机镓源与SiH4会发生明显的化学气相反应形成氮化硅，导致n+-GaN层晶体质量退化、电阻率下降，造成二次外延材料与二维电子气间的接触电阻偏高，因此，镓源和SiH4的摩尔比值C1合适范围为250～750；
第四步：维持反应室NH3气氛，设定反应室压力100torr，温度(在T1基础上)下降50±20℃，通入金属有机镓源、金属有机铟源和SiH4；通过调整镓源、铟源流量，使NH3和镓源的摩尔比值为A2，镓源和铟源的摩尔比值为B2；调整SiH4流量，使镓源和SiH4的摩尔比值为C2，生长30nm厚的上层n+-GaN层，关闭镓源、铟源和SiH4；所述第四步中上层n+-GaN层，其NH3和镓源的摩尔比值为A2为400，镓源和铟源的摩尔比值为B2为50，镓源和SiH4的摩尔比值为C2为80；第四步采用NH3和镓源的摩尔比值为低V/III比A2为400生长工艺，并在生长期间通入适量的金属有机铟源B2≤120作表面活性剂，在显著抑制镓源与SiH4间化学气相反应的同时，维持上层n+-GaN层较高的晶体质量。而金属有机铟源流量偏大B2＜50时,铟原子并入GaN晶格的比例提升，造成上层n+-GaN层晶体质量退化，因此，镓源和铟源的摩尔比值为B2为50；由于适宜温度、低V/III比生长工艺能显著抑制镓源与SiH4间化学气相反应，因此要通入足量的SiH4即C2为80使n+-GaN层在维持低温较高的晶体质量同时，实现低电阻率；
第五步：维持反应室NH3气氛，设定反应室压力100torr，温度保持不变，通入金属有机镓源和金属有机铟源，通过调整镓源、铟源流量，使NH3和镓源的摩尔比值为A3，镓源和铟源的摩尔比值为B3，生长3nm厚的非故意掺杂GaN层，关闭镓源和铟源；非故意掺杂GaN层，其NH3和镓源的摩尔比值为A3为1500，镓源和铟源的摩尔比值为B3为50；第五步采用适宜温度、NH3和镓源的摩尔比值高V/III比A3为1500、并通入适量金属有机铟源B3为50作表面活性剂，能够实现较高晶体质量、表面平整的非故意掺杂GaN层生长，有利于改善二次外延材料与源漏金属电极间的界面质量；
第六步：保持工艺条件不变，通入SiH4，持续时长t；SiH4特征是持续时长t为0.15分钟；在第五步的非故意掺杂GaN层完成生长后，保持工艺条件不变继续通入硅烷，使硅原子通过扩散作用进入非故意掺杂GaN层晶格，在维持非故意掺杂GaN层较高晶体质量及平整表面的同时，实现了非故意掺杂GaN层较低的电阻率，有利于降低二次外延材料与源漏金属电极间的接触电阻；然而，通入SiH4持续时间过长易造成非故意掺杂GaN层表面质量恶化，因此t为0.15分钟；
第七步：关闭SiH4，在NH3气氛保护下降至室温，取出二次外延材料。
实施例3
一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法，具体步骤如下：
第一步：选取III-V族氮化物GaN外延材料，置于外延生长设备MOCVD内基座上；
第二步：在氨气NH3的气氛下设定反应室压力500torr，系统升温至T1＝1120℃；
第三步：维持反应室NH3气氛，并保持反应室压力、温度T1不变，通入金属有机镓源、金属有机铟源和硅烷SiH4；通过调整镓源、铟源流量，使NH3和镓源的摩尔比值为A1，镓源和铟源的摩尔比值为B1；调整SiH4流量，使镓源和SiH4的摩尔比值为C1，生长15nm厚的下层n+-GaN层，关闭镓源、铟源和SiH4；所述第三步中下层n+-GaN层，其生长温度T1为1120℃，NH3和镓源的摩尔比值为A1为3000，镓源和铟源的摩尔比值为B1为50，镓源和SiH4的摩尔比值为C1为750；第三步采用高温T1为1120℃、NH3和镓源的高V/III比A1为3000生长工艺，并在生长期间通入足量的金属有机铟源B1为50作表面活性剂，有助于提升下层n+-GaN层晶体质量、及二次外延材料与二维电子气间界面质量；通入适量的SiH4 C1≤750使n+-GaN层保持较高的结晶质量及较低的电阻率，有利于降低二次外延材料与二维电子气间的接触电阻；然而通入SiH4的流量偏大时C1＜250，高温下金属有机镓源与SiH4会发生明显的化学气相反应形成氮化硅，导致n+-GaN层晶体质量退化、电阻率下降，造成二次外延材料与二维电子气间的接触电阻偏高，因此，镓源和SiH4的摩尔比值C1合适范围为250～750；
第四步：维持反应室NH3气氛，设定反应室压力500torr，温度为T1＝1120℃基础上下降50±20℃，通入金属有机镓源、金属有机铟源和SiH4；通过调整镓源、铟源流量，使NH3和镓源的摩尔比值为A2，镓源和铟源的摩尔比值为B2；调整SiH4流量，使镓源和SiH4的摩尔比值为C2，生长150nm厚的上层n+-GaN层，关闭镓源、铟源和SiH4；所述第四步中上层n+-GaN层，其NH3和镓源的摩尔比值为A2为1200，镓源和铟源的摩尔比值为B2为120，镓源和SiH4的摩尔比值为C2为250；第四步采用适宜温度在T1＝1120℃基础上下降50±20℃、NH3和镓源的摩尔比值为低V/III比A2为1200生长工艺，并在生长期间通入适量的金属有机铟源B2≤120作表面活性剂，在显著抑制镓源与SiH4间化学气相反应的同时，维持上层n+-GaN层较高的晶体质量。而金属有机铟源流量偏大B2＜50时,铟原子并入GaN晶格的比例提升，造成上层n+-GaN层晶体质量退化，因此，镓源和铟源的摩尔比值为B2为120；由于适宜温度、低V/III比生长工艺能显著抑制镓源与SiH4间化学气相反应，因此要通入足量的SiH4即C2范围80～250使n+-GaN层在维持低温较高的晶体质量同时，实现低电阻率；
第五步：维持反应室NH3气氛，设定反应室压力500torr，温度保持不变，通入金属有机镓源和金属有机铟源，通过调整镓源、铟源流量，使NH3和镓源的摩尔比值为A3，镓源和铟源的摩尔比值为B3，生长20nm厚的非故意掺杂GaN层，关闭镓源和铟源；非故意掺杂GaN层，其NH3和镓源的摩尔比值为A3为3500，镓源和铟源的摩尔比值为B3为120；第五步采用适宜温度、NH3和镓源的摩尔比值高V/III比A3为3500、并通入适量金属有机铟源B3为120作表面活性剂，能够实现较高晶体质量、表面平整的非故意掺杂GaN层生长，有利于改善二次外延材料与源漏金属电极间的界面质量；
第六步：保持工艺条件不变，通入SiH4，持续时长t；SiH4特征是持续时长t为0.5分钟；在第五步的非故意掺杂GaN层完成生长后，保持工艺条件不变继续通入硅烷，使硅原子通过扩散作用进入非故意掺杂GaN层晶格，在维持非故意掺杂GaN层较高晶体质量及平整表面的同时，实现了非故意掺杂GaN层较低的电阻率，有利于降低二次外延材料与源漏金属电极间的接触电阻；然而，通入SiH4持续时间过长易造成非故意掺杂GaN层表面质量恶化，因此t为0.5分钟；
第七步：关闭SiH4，在NH3气氛保护下降至室温，取出二次外延材料。
实施例4
一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法，具体步骤如下：
第一步：选取III-V族氮化物GaN外延材料，置于外延生长设备MOCVD内基座上；
第二步：在氨气NH3的气氛下设定反应室压力300torr，系统升温至T1；
第三步：维持反应室NH3气氛，并保持反应室压力、温度T1不变，通入金属有机镓源、金属有机铟源和硅烷SiH4；通过调整镓源、铟源流量，使NH3和镓源的摩尔比值为A1，镓源和铟源的摩尔比值为B1；调整SiH4流量，使镓源和SiH4的摩尔比值为C1，生长10nm厚的下层n+-GaN层，关闭镓源、铟源和SiH4；所述第三步中下层n+-GaN层，其生长温度T1范围1045℃，NH3和镓源的摩尔比值为A1范围2100，镓源和铟源的摩尔比值为B1范围35，镓源和SiH4的摩尔比值为C1范围500；第三步采用高温T1范围1045℃、NH3和镓源的高V/III比A1范围2100生长工艺，并在生长期间通入足量的金属有机铟源B1范围35作表面活性剂，有助于提升下层n+-GaN层晶体质量、及二次外延材料与二维电子气间界面质量；通入适量的SiH4 C1≤750使n+-GaN层保持较高的结晶质量及较低的电阻率，有利于降低二次外延材料与二维电子气间的接触电阻；然而通入SiH4的流量偏大时C1＜250，高温下金属有机镓源与SiH4会发生明显的化学气相反应形成氮化硅，导致n+-GaN层晶体质量退化、电阻率下降，造成二次外延材料与二维电子气间的接触电阻偏高，因此，镓源和SiH4的摩尔比值C1合适范围为500；
第四步：维持反应室NH3气氛，设定反应室压力300torr，温度(在T1基础上)下降50℃，通入金属有机镓源、金属有机铟源和SiH4；通过调整镓源、铟源流量，使NH3和镓源的摩尔比值为A2，镓源和铟源的摩尔比值为B2；调整SiH4流量，使镓源和SiH4的摩尔比值为C2，生长90nm厚的上层n+-GaN层，关闭镓源、铟源和SiH4；所述第四步中上层n+-GaN层，其NH3和镓源的摩尔比值为A2范围800，镓源和铟源的摩尔比值为B2范围85，镓源和SiH4的摩尔比值为C2范围165；第四步采用适宜温度在T1基础上下降50℃、NH3和镓源的摩尔比值为低V/III比A2范围800生长工艺，并在生长期间通入适量的金属有机铟源B2≤120作表面活性剂，在显著抑制镓源与SiH4间化学气相反应的同时，维持上层n+-GaN层较高的晶体质量。而金属有机铟源流量偏大B2＜50时,铟原子并入GaN晶格的比例提升，造成上层n+-GaN层晶体质量退化，因此，镓源和铟源的摩尔比值为B2合适范围为85；由于适宜温度、低V/III比生长工艺能显著抑制镓源与SiH4间化学气相反应，因此要通入足量的SiH4即C2范围165使n+-GaN层在维持低温较高的晶体质量同时，实现低电阻率；
第五步：维持反应室NH3气氛，设定反应室压力300torr，温度保持不变，通入金属有机镓源和金属有机铟源，通过调整镓源、铟源流量，使NH3和镓源的摩尔比值为A3，镓源和铟源的摩尔比值为B3，生长10nm厚的非故意掺杂GaN层，关闭镓源和铟源；非故意掺杂GaN层，其NH3和镓源的摩尔比值为A3范围2500，镓源和铟源的摩尔比值为B3范围85；第五步采用适宜温度、NH3和镓源的摩尔比值高V/III比A3范围2500、并通入适量金属有机铟源B3范围85作表面活性剂，能够实现较高晶体质量、表面平整的非故意掺杂GaN层生长，有利于改善二次外延材料与源漏金属电极间的界面质量；
第六步：保持工艺条件不变，通入SiH4，持续时长t；SiH4特征是持续时长t范围0.3分钟；在第五步的非故意掺杂GaN层完成生长后，保持工艺条件不变继续通入硅烷，使硅原子通过扩散作用进入非故意掺杂GaN层晶格，在维持非故意掺杂GaN层较高晶体质量及平整表面的同时，实现了非故意掺杂GaN层较低的电阻率，有利于降低二次外延材料与源漏金属电极间的接触电阻；然而，通入SiH4持续时间过长易造成非故意掺杂GaN层表面质量恶化，因此t建议范围是0.3分钟；
第七步：关闭SiH4，在NH3气氛保护下降至室温，取出二次外延材料。
前述内容为本发明的一些示范性实施例，在不脱离本发明的创新性和优点的情况下可以对本发明实施例进行许多调整，凡依本发明的权利要求所做的变化与修饰，均属于本发明的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法，其特征在于，具体工艺条件为：
第一步：选取III-V族氮化物外延材料，置于外延生长设备内基座上；
第二步：在氨气NH3的气氛下设定反应室压力100～500torr，系统升温至T1；
第三步：维持反应室NH3气氛，并保持反应室压力、温度T1不变，通入金属有机镓源、金属有机铟源和硅烷SiH4；通过调整金属有机镓源、金属有机铟源流量，使NH3和金属有机镓源的摩尔比值为A1，金属有机镓源和金属有机铟源的摩尔比值为B1；调整SiH4流量，使金属有机镓源和SiH4的摩尔比值为C1，生长5～15nm厚的下层n+-GaN层，关闭金属有机镓源、金属有机铟源和SiH4；
第四步：维持反应室NH3气氛，设定反应室压力100～500torr，温度在T1基础上下降50±20℃，通入金属有机镓源、金属有机铟源和SiH4；通过调整金属有机镓源、金属有机铟源流量，使NH3和金属有机镓源的摩尔比值为A2，金属有机镓源和金属有机铟源的摩尔比值为B2；调整SiH4流量，使金属有机镓源和SiH4的摩尔比值为C2，生长30～150nm厚的上层n+-GaN层，关闭金属有机镓源、金属有机铟源和SiH4；
第五步：维持反应室NH3气氛，设定反应室压力100～500torr，温度保持不变，通入金属有机镓源和金属有机铟源，通过调整金属有机镓源和金属有机铟源流量，使NH3和金属有机镓源的摩尔比值为A3，金属有机镓源和金属有机铟源的摩尔比值为B3，生长3～20nm厚的非故意掺杂GaN层，关闭金属有机镓源和金属有机铟源；
第六步：保持工艺条件不变，通入SiH4，持续时长t；
第七步：关闭SiH4，在NH3气氛保护下降至室温，取出二次外延材料。
2.根据权利要求1所述的一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法，其特征在于：所述第三步生长下层n+-GaN层的生长温度T1范围970～1120℃，NH3和金属有机镓源的摩尔比值A1范围为1200～3000，金属有机镓源和金属有机铟源的摩尔比值B1范围为15～50，金属有机镓源和SiH4的摩尔比值C1范围为250～750。
3.根据权利要求1所述的一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法，其特征在于：所述第四步生长上层n+-GaN层的NH3和金属有机镓源的摩尔比值A2范围为400～1200，金属有机镓源和金属有机铟源的摩尔比值为B2范围为50～120，金属有机镓源和SiH4的摩尔比值C2范围为80～250。
4.根据权利要求1所述的一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法，其特征在于：所述第五步生长非故意掺杂GaN层的NH3和金属有机镓源的摩尔比值为A3范围为1500～3500，金属有机镓源和金属有机铟源的摩尔比值B3范围为50～120。
5.根据权利要求1所述的一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法，其特征在于：所述第六步中通入SiH4持续时长t范围0.15-0.5分钟。
6.根据权利要求1所述的一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法，其特征在于：所述III-V族氮化物为GaN。
7.根据权利要求1所述的一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法，其特征在于：所述金属有机镓源为三甲基镓，金属有机铟源为三甲基铟。
8.根据权利要求1所述的一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法，其特征在于：所述除了在III-V族氮化物的表面二次外延n+-GaN以外，还可以在半导体材料、器件的表面或者中间层结构中二次外延n+-GaN材料。
9.根据权利要求1所述的一种重掺杂氮化镓材料的二次外延方法，其特征在于：所述外延生长设备为MOCVD。
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