一種提高半絕緣氮化鎵單晶電阻率均勻性的Fe摻雜方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高半絕緣氮化鎵單晶電阻率均勻性的Fe摻雜方法。將表面清潔的藍(lán)寶石襯底放入系統(tǒng)爐中，進(jìn)行無Fe摻雜的GaN基片生長，GaN層厚度控制在5um內(nèi)；通入二茂鐵載氣H2；通入NH3；通入HCl；共15分鐘，生長溫度1020℃，二茂鐵源溫度40℃；只通入二茂鐵載氣H2；通入NH3，共10分鐘，進(jìn)行1020℃下退火；交替重復(fù)步驟二與步驟三；總共生長兩小時(shí)后，半絕緣GaN單晶生長完畢；降溫取出GaN單晶片。通過該方法進(jìn)行Fe元素的摻雜可以提高摻雜的均勻性，進(jìn)而提高半絕緣GaN單晶電阻率的均勻性。
【專利說明】
一種提高半絕緣氮化鎵單晶電阻率均勻性的Fe摻雜方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制備技術(shù)，特別是涉及一種提高半絕緣氮化鎵單晶電阻率均勻性的Fe摻雜方法。
【背景技術(shù)】
[0002]第三代半導(dǎo)體材料GaN(氮化鎵)作為氮化物材料的代表，其禁帶寬度為3.4eV，具有較高的電子迀移率和熱導(dǎo)率，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，無論是在光電子領(lǐng)域還是微電子領(lǐng)域都有很大的應(yīng)用前景。其中GaN單晶襯底在微波功率器件研制中很受重視，是制作微波功率器件的理想襯底材料。GaN單晶材料的制備主要是利用HVPE(氫化物氣相外延)生長方法，該方法獲得的GaN單晶在不進(jìn)行摻雜的條件下通常呈現(xiàn)低阻狀態(tài)。而要想用于研制微波功率器件就必須大幅度提高電阻率實(shí)現(xiàn)半絕緣GaN，這就要對GaN進(jìn)行深受主元素?fù)诫s，通常選擇Fe元素進(jìn)行摻雜，其方法是在HVPE生長GaN單晶過程中引入二茂鐵，二茂鐵是通過載氣載入生長爐腔體內(nèi)的。
[0003]要想提高GaN基微波功率器件的性能，就要提高半絕緣GaN襯底的質(zhì)量，而其高電阻率的均勻性就是半絕緣GaN襯底重要的技術(shù)指標(biāo)之一。因此，如何提高HVPE法生長半絕緣GaN單晶過程中Fe元素?fù)诫s的均勻性，進(jìn)而提高電阻率均勻性就顯得十分重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于現(xiàn)有技術(shù)狀況，本發(fā)明提供一種提高半絕緣氮化鎵單晶電阻率均勻性的Fe摻雜方法。也就是在利用HVPE方法制備半絕緣GaN單晶材料過程中的一種Fe元素?fù)诫s的方法。
[0005]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種提高半絕緣氮化鎵單晶電阻率均勻性的Fe摻雜方法，其特征在于，F(xiàn)e摻雜方法有以下工藝步驟:
步驟一.將表面清潔的藍(lán)寶石襯底放入氫化物氣相外延系統(tǒng)爐中，進(jìn)行無Fe摻雜的氮化鎵基片生長，氮化鎵層厚度控制在5um以內(nèi)；
步驟二.進(jìn)行Fe摻雜氮化鎵單晶生長，通入二茂鐵載氣H2，流量100-120ml/min;通入NH3,流量lOOO-llOOml/min;通入HC1，流量50-55ml/min;三種氣體共通入15分鐘，單晶生長溫度1020°C，二茂鐵源溫度40°C ；
步驟三.暫停Fe摻雜氮化鎵單晶生長，只通入二茂鐵載氣H2，流量100-120ml/min，通入NH3，流量1000-1100ml/min，兩種氣體共通入10分鐘，然后進(jìn)行氮化鎵退火；
步驟四.交替重復(fù)步驟二與步驟三進(jìn)行鏈?zhǔn)紽e摻雜半絕緣氮化鎵單晶生長；
步驟五.步驟二至步驟四總共生長時(shí)間兩小時(shí)后，半絕緣氮化鎵單晶生長完畢；
步驟六.降溫并取出氮化鎵單晶片。
[0006]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:通過該方法進(jìn)行Fe元素的摻雜可以提高摻雜的均勻性，進(jìn)而來提高半絕緣GaN單晶電阻率的均勻性。
[0007]本發(fā)明主要是建立一種Fe摻雜工藝結(jié)構(gòu)，進(jìn)行鏈?zhǔn)降膿诫s工藝。具體的講就是在HVPE生長GaN單晶過程中不是一直進(jìn)行GaN單晶原料氣體(HCl)的通入，而是進(jìn)行GaN單晶摻雜生長一段時(shí)間后，停止HCl的通入，只通入原料氣NH3和攜有二茂鐵的載氣進(jìn)行退火擴(kuò)散。如此反復(fù)進(jìn)行周期性GaN摻雜生長和退火擴(kuò)散。由于在進(jìn)行Fe摻雜GaN生長過程中，快速的GaN生長會(huì)使Fe元素在GaN結(jié)晶時(shí)摻雜不均，容易形成Fe原子團(tuán)簇現(xiàn)象，這就造成最終的電阻率均勻性較差。而如果采用此方法在GaN單晶生長一段時(shí)間后進(jìn)行退火擴(kuò)散，會(huì)使得部分GaN原子重新排列，減少缺陷的形成，同時(shí)使得團(tuán)簇的Fe原子分散進(jìn)入GaN晶格中，提高了Fe摻雜的均勻性，提高了半絕緣GaN的摻雜質(zhì)量，電阻率可以達(dá)到I X 18 Ω.cm以上。
【具體實(shí)施方式】
[0008]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0009]實(shí)施例:鏈?zhǔn)紽e摻雜方法進(jìn)行半絕緣GaN單晶生長的工藝步驟:
a)選取2英寸表面清潔的藍(lán)寶石襯底，放入HVPE單晶爐中，進(jìn)行無Fe摻雜的GaN基片生長，GaN層厚度控制在5um以內(nèi)。
[0010]b)進(jìn)行Fe摻雜GaN單晶生長，通入二茂鐵載氣H2 (100ml/min)，NH3( 1000ml/min)、HCl(50ml/min)15分鐘，單晶生長溫度1020°C，二茂鐵源溫度40°C。
[0011]c)暫停Fe摻雜GaN單晶生長，只通入二茂鐵載氣H2 (100ml/min) ,NH3C 100ml/min) 10分鐘，進(jìn)行GaN單晶1020 °C下退火。
[0012]d)交替重復(fù)b)步驟與c)步驟進(jìn)行鏈?zhǔn)紽e摻雜半絕緣GaN單晶生長。
[0013]e)總共生長時(shí)間兩小時(shí)后半絕緣GaN單晶生長完畢。
[0014]f)降溫并取出GaN單晶片。
[0015]將制備的半絕緣GaN單晶片進(jìn)行非接觸電阻率測試，全掃描電阻率在3X 18 Ω.cm到5X108 Ω.cm之間，表面電阻率均勻性較高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高半絕緣氮化鎵單晶電阻率均勻性的Fe摻雜方法，其特征在于，F(xiàn)e摻雜方法有以下工藝步驟: 步驟一.將表面清潔的藍(lán)寶石襯底放入氫化物氣相外延系統(tǒng)爐中，進(jìn)行無Fe摻雜的氮化鎵基片生長，氮化鎵層厚度控制在5um以內(nèi)； 步驟二.進(jìn)行Fe摻雜氮化鎵單晶生長，通入二茂鐵載氣H2，流量100-120ml/min;通入順3，流量lOOO-llOOml/min;通入HC1，流量50-55ml/min;三種氣體共通入15分鐘，單晶生長溫度1020°C，二茂鐵源溫度40°C ； 步驟三.暫停Fe摻雜氮化鎵單晶生長，只通入二茂鐵載氣H2，流量100-120ml/min，通入NH3，流量1000-1100ml/min，兩種氣體共通入10分鐘，然后進(jìn)行氮化鎵退火； 步驟四.交替重復(fù)步驟二與步驟三進(jìn)行鏈?zhǔn)紽e摻雜半絕緣氮化鎵單晶生長； 步驟五.步驟二至步驟四總共生長時(shí)間兩小時(shí)后，半絕緣氮化鎵單晶生長完畢； 步驟六.降溫并取出氮化鎵單晶片。
【文檔編號(hào)】C30B25/02GK106012022SQ201610615249
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月1日
【發(fā)明人】張嵩, 陳建麗, 劉兆楓, 王再恩, 楊丹丹, 蘭飛飛, 徐世海, 齊成軍, 王軍山
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所