CN1313654C - 生长高阻氮化镓外延膜的方法 - Google Patents

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Abstract

一种生长高阻氮化镓外延膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：选择一衬底；采用金属有机物化学气相沉积生长法，在衬底的晶面上生长一层低温氮化镓成核层；将衬底温度升高，在低温氮化镓成核层上生长本征氮化镓层，生长压力为100-300torr。该本征氮化镓层室温电阻率大于107Ω.cm。本发明降低了工艺难度，减少了工艺步骤，一次性的生长出了高质量的本征高阻氮化镓材料，优化了生长工艺，降低了生长成本。

Description

生长高阻氮化镓外延膜的方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别指高阻氮化镓外延膜的外延生长方法。
背景技术
III-V族氮化镓作为第三代半导体材料的典型代表，由于具有独特的物理、化学和机械性能，在光电子和微电子领域有着巨大的应用前景。特别是当氮化镓材料应用于HEMT(高电子迁移率晶体管)、HFET(异质结场效应晶体管)、HBT(异质结双极晶体管)、JFET(结型场效应管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、SAW(声表面波)等器件时，为了解决器件漏电问题，都要求氮化镓材料的电阻率大于106Ω.cm以上。但是由于氮化镓材料缺少与之相匹配的异质衬底材料，本底电子浓度高，高阻GaN的制备十分困难。在本发明以前，经常采用的高阻氮化镓材料生长方法有离子注入在材料中产生深能级缺陷以形成高阻，和引入P型杂质掺杂，通过与N型背景浓度互相补偿得到高阻。其中离子注入工艺复杂，产生的深能级缺陷给进一步的结构材料的生长和器件制备带来了难度，且离子注入方法不适合氮化镓基器件的制备工艺。P型掺杂则不仅增加了生长工艺的复杂性，而且获得的高阻材料稳定性差。因此，高阻问题一直是困扰氮化镓材料和器件的一个难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生长高   阻氮化镓外延膜的方法，其方法是通过非有意掺杂，精确地控制不同于低阻氮化镓生长的温度、压力、V/III比等生长条件，来外延生长出高阻的本征氮化镓。解决了人为引入杂质及缺陷对后续结构生长和器件制作带来的不利影响，生长工艺简单，同时本发明提高了晶体的质量和样品表面的平整度。
本发明一种生长高阻氮化镓外延膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
选择一衬底；
采用金属有机物化学气相沉积生长法，在衬底的晶面上生长一层低温氮化镓成核层；
将衬底温度升高，在低温氮化镓成核层上生长本征氮化镓层，生长压力为100-300torr，该本征氮化镓层室温电阻率大于107Ω.cm。
其中所述的衬底为蓝宝石或硅或碳化硅或GaLiO3、ZnO。
其中在衬底10上生长低温氮化镓成核层时，生长温度为500-600℃，生长压力为400-600torr，生长厚度为0.01-0.06μm。
其中在低温氮化镓成核层上生长高温本征氮化镓层时，生长温度为1000-1100℃之间，生长厚度为0.5-6μm。
其中在低温氮化镓成核层上生长的高温本征氮化镓层为高阻氮化镓材料，室温电阻率大于107Ω.cm。
附图说明
为进一步说明本发明的内容，以下结合具体实施方式对本发明作一详细的描述，其中：
图1是本发明的低温GaN层生长结构示意图；
图2是本发明的高温本征GaN层生长结构示意图；
图3是本发明的高阻GaN双晶X射线摇摆曲线半峰宽测试结果图；
图4是本发明的高阻GaN表面粗糙度RMS测试结果图。
具体实施方式
本发明关键在于首先通过精确地控制不同于低阻氮化镓生长的温度、压力、V/III比等生长条件引入晶格缺陷，使外延材料变为高阻材料。其次通过非有意掺杂，来外延生长出本征高阻氮化镓材料，解决了人为引入杂质对后续结构生长和器件制作带来的不利影响，从而使生长工艺简化，并得到了室温电阻率大于107Ω.cm的本征高阻氮化镓材料。同时本发明还提高了晶体的质量和样品表面的平整度。
请参阅图1及图2所示，本发明一种生长高阻氮化镓外延膜的方法，包括如下步骤：
选择一衬底10；
先在衬底10的晶面上采用金属有机物化学气相沉积生长一层低温氮化镓成核层20；其中所述的衬底10为蓝宝石或硅或碳化硅或GaLiO3、ZnO；其中在衬底10上生长低温氮化镓成核层20时，生长温度为500-600℃，生长压力为400-600torr，生长厚度为0.01-0.06μm；
随后升高衬底温度，继续在低温氮化镓成核层20上生长本征氮化镓层30；其中在低温氮化镓成核层20上生长高温本征氮化镓层30时，生长温度在1000-1100℃之间，生长压力为100-300torr，生长厚度为0.5-6μm。
其中生长的高温本征氮化镓层30为高阻氮化镓材料，室温电阻率大于107Ω.cm。
实施例
1、先在衬底蓝宝石(0001)或硅(111)或碳化硅(0001)或其它适于生长氮化物的衬底如GaLiO3、ZnO等的晶面上采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长一层低温氮化镓成核层20，衬底10温度约500-600℃，压力约400-600torr，生长厚度0.01-0.06μm。(图1)。
2、随后生长本征氮化镓层30，升高衬底10的温度在1000-1100℃之间，生长压力100-300torr，生长厚度为0.5-6μm。(图2)。
对由以上步骤获得的样品进行测试分析，证实用此方法生长的氮化镓为高阻材料，其室温电阻率大于107Ω.cm(表1)；使用双晶X射线衍射方法证实该材料的(0002)面的摇摆曲线半峰宽小于6arcmin.(图3)；原子力显微镜(AFM)测试方法证实该材料表面粗糙度(RMS)小于0.2nm(图4)。
表1
样品 80℃时电阻率  室温电阻率(无法直接测量，高于高温电阻率)
  样品A   7.5×107Ω.cm  ＞7.5×107Ω.cm
  样品B   8.2×107Ω.cm  ＞8.2×107Ω.cm
本发明降低了工艺难度，减少了工艺步骤，一次性的生长出了高质量的本征高阻氮化镓材料，优化了生长工艺，降低了生长成本。

Claims (4)

1.一种生长高阻氮化镓外延膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
选择一衬底；
采用金属有机物化学气相沉积生长法，在衬底的晶面上生长一层低温氮化镓成核层；
将衬底温度升高，在低温氮化镓成核层上生长本征氮化镓层，生长压力为100-300torr，该本征氮化镓层室温电阻率大于107Ω.cm。
2.根据权利要求1所述的一种生长高阻氮化镓外延膜的方法，其特征在于，其中所述的衬底为蓝宝石或硅或碳化硅或GaLiO3、ZnO。
3.根据权利要求1所述的一种生长高阻氮化镓外延膜的方法，其特征在于，其中在衬底上生长低温氮化镓成核层时，生长温度为500-600℃，生长压力为400-600torr，生长厚度为0.01-0.06μm。
4.根据权利要求1所述的一种生长高阻氮化镓外延膜的方法，其特征在于，其中在低温氮化镓成核层上生长高温本征氮化镓层时，生长温度为1000-1100℃之间，生长厚度为0.5-6μm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100558947C (zh) * 2007-01-24 2009-11-11 中国科学院半导体研究所 生长氮化铟单晶薄膜的方法
CN104217958B (zh) * 2013-10-18 2017-04-12 苏州新纳晶光电有限公司 一种用于提高GaN外延层高电阻特性的预处理方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0864868A (ja) * 1994-08-24 1996-03-08 Hitachi Cable Ltd 発光ダイオード、窒化ガリウム結晶および窒化ガリウム結晶の製造方法
US5863811A (en) * 1995-06-28 1999-01-26 Sony Corporation Method for growing single crystal III-V compound semiconductor layers on non single crystal III-V Compound semiconductor buffer layers
CN1365136A (zh) * 2001-01-12 2002-08-21 中国科学院半导体研究所 Ⅲ族氮化物单/多层异质应变薄膜的制作方法
CN1382838A (zh) * 2001-04-24 2002-12-04 江西方大福科信息材料有限公司 氮化镓单晶膜的制造方法
CN1468974A (zh) * 2001-11-17 2004-01-21 厦门三安电子有限公司 一种制作ⅲ族氮化物材料的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0864868A (ja) * 1994-08-24 1996-03-08 Hitachi Cable Ltd 発光ダイオード、窒化ガリウム結晶および窒化ガリウム結晶の製造方法
US5863811A (en) * 1995-06-28 1999-01-26 Sony Corporation Method for growing single crystal III-V compound semiconductor layers on non single crystal III-V Compound semiconductor buffer layers
CN1365136A (zh) * 2001-01-12 2002-08-21 中国科学院半导体研究所 Ⅲ族氮化物单/多层异质应变薄膜的制作方法
CN1382838A (zh) * 2001-04-24 2002-12-04 江西方大福科信息材料有限公司 氮化镓单晶膜的制造方法
CN1468974A (zh) * 2001-11-17 2004-01-21 厦门三安电子有限公司 一种制作ⅲ族氮化物材料的方法

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