一種用于提高GaN外延層高電阻特性的預處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于提高GaN外延層高電阻特性的預處理方法，應用于對M0CVD機臺在周期設備開反應腔作保養(yǎng)后，開始新一輪的量產(chǎn)之前，通過在機臺恢復生長前，通過在重涂層運行階段的高溫段將很高濃度的Mg流量通入反應室進行預反應，在反應室表面形成Mg的氮化物的沉積，這樣能在隨后的GaN外延生長中，引入與原有背景電子濃度基本一致的背景Mg濃度，中和過高的背景電子濃度，同時不引入其他的背景雜質(zhì)，從而有效提高GaN外延層的電阻值，提高其電阻特性。
【專利說明】-種用于提高GaN外延層高電阻特性的預處理方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于提高GaN外延層高電阻特性的預處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 為提高GaN基LED及激光器件的光電特性及良率，獲得高晶體質(zhì)量高電阻特性的 GaN外延層薄膜是非常重要的工作。目前產(chǎn)業(yè)界大多通過M0CVD的技術(shù)生長GaN外延層， 本征GaN外延層一般都有一定量的背景電子濃度，通常在5E+16到1E+17之間，這些背景 電子濃度會造成本征GaN外延層實測電阻并不高，且具有一定的導電性，從而造成在其上 生長制備出的LED或是激光器件，難以獲得較高的光電特性及良率；或是需要其他較為復 雜且實際量產(chǎn)中重復性較差的技術(shù)方案來補償獲得較高的光電特性及良率。例如，相當部 分的技術(shù)方案幾乎都是改進及引進新的外延層結(jié)構(gòu)，通過各個結(jié)構(gòu)層的不同厚度，摻雜雜 質(zhì)及摻雜濃度多少的調(diào)節(jié)，盡可能釋放GaN外延層與襯底間由于晶格不匹配造成的晶格應 力，從而達到獲得較高晶體質(zhì)量及高電阻特性的GaN外延層。
[0003] 如專利號為200910082891. 9的技術(shù)方案，采用A1N預處理層預先處理藍寶石襯 底，再在其上沉積低溫GaN緩沖層，從而達到減少需要被補償?shù)谋尘半娮訚舛戎?，獲得高阻 GaN外延層的目的。另一種典型技術(shù)方案為，專利申請?zhí)枮?01080048067. 2的專利，采用超 晶格應變緩沖層，即不同鋁組分的AlGaN第一層與摻Mg的p型GaN層第二層交替的層壓， 形成超晶格結(jié)構(gòu)進而降低GaN層中位錯密度，獲得高晶體質(zhì)量高阻特性的GaN外延層。
[0004] 上述技術(shù)方案中，缺點是重復可靠性不佳,而采用改進外延結(jié)構(gòu)來提高GaN外延 層晶格質(zhì)量及高阻特性，對技術(shù)及設備條件要求均較高，且工藝條件波動大，會隨著機臺持 續(xù)量產(chǎn)數(shù)量的增多慢慢偏離原有設定，這就必須要求有較高水準的技術(shù)人員時刻關(guān)注機臺 工藝及硬體設備變化，耗時耗力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于解決上述的技術(shù)問題，提供一種用于提高GaN外延層高電阻特 性的預處理方法。
[0006] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)： 一種用于提高GaN外延層高電阻特性的預處理方法，包括如下步驟： 步驟一、在進行外延層生長之前，將一石墨盤預先放置于M0CVD反應腔內(nèi)，在石墨盤上 放置用于保護石墨盤晶圓凹槽的藍寶石襯底，升溫； 步驟二、反應腔氮化處理：當反應腔溫度升溫至1200°C -1400°C時，通入N2進行反應腔 的氮化處理； 步驟三、TMGa涂層處理：當溫度下降至900°C -1KKTC之間，通入TMGa反應源，進行 TMGa涂層處理，反應室壓力控制在200Torr -500Torr，通入TMGa反應源的流量在300sccm -900sccm，V/ III比控制在300-3000,持續(xù)時間在3-7小時； 步驟四、Mg涂層處理：將溫度繼續(xù)下降至700°C _900°C之間，反應室壓力控制在 200Torr到500Torr之間，控制通入TMGa反應源流量在lOsccm -500sccm，通入Cp2Mg流量 在500sccm-2000sccm之間，V/ III比控制在300-30000,持續(xù)時間1-5小時； 步驟五、冷卻降溫，取出石墨盤上的藍寶石襯底，即完成整個預處理過程。
[0007] 本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：有效提高GaN外延層的晶體質(zhì)量和電阻特性的， 同時其效果不會隨著機臺持續(xù)量產(chǎn)的數(shù)量增加而減弱。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步說明： 圖1 :低電阻本征GaN SIMS雜質(zhì)濃度分析樣本ESD性能測試圖譜。
[0009] 圖2 :高電阻本征GaN SMS雜質(zhì)濃度分析樣本ESD性能測試圖譜。
[0010] 圖3 :低電阻本征GaN RPM光譜儀分析樣本ESD性能測試圖譜。
[0011] 圖4 :高電阻本征GaN RPM光譜儀分析樣本ESD性能測試圖譜。

【具體實施方式】
[0012] 本發(fā)明揭示了 一種用于提高GaN外延層高電阻特性的預處理方法，應用于對 M0CVD機臺在周期設備開反應腔作保養(yǎng)后，由于經(jīng)保養(yǎng)后，腔體里面的環(huán)境發(fā)生變化，直接 開始生產(chǎn)GaN外延層，容易導致前幾次的生長的產(chǎn)品性能不好，故提出了本發(fā)明的預處理 方法，本方法是在Heavy Coating run (重涂層運行）階段進行，包括如下步驟： 步驟一、在進行外延層生長之前，將一石墨盤預先放置于M0CVD反應腔內(nèi)，在石墨盤上 放置用于保護石墨盤晶圓凹槽的藍寶石襯底，升溫； 步驟二、反應腔氮化處理：當反應腔溫度升溫至1200°C -1400°C時，通入N2進行反應腔 的氮化處理。
[0013] 步驟三、TMGa涂層處理：當溫度下降至900°C -1KKTC之間，通入TMGa反應源， 進行TMGa涂層處理，反應室壓力控制在200Torr -500Torr，通入TMGa反應源的流量在 300sccm -900sccm，V/III 比控制在 300-3000,持續(xù)時間在 3-7 小時。
[0014] 步驟四、Mg涂層處理：將溫度繼續(xù)下降至700°C -900°C之間，反應室壓力控制在 200Torr到500Torr之間，控制通入TMGa反應源流量在lOsccm -500sccm，通入Cp2Mg流量 在500sccm-2000sccm之間，V/III比控制在300-30000,持續(xù)時間1-5小時，在反應室表面 形成Mg的氮化物的沉積。
[0015] 步驟五、冷卻降溫，取出石墨盤上的藍寶石襯底，即完成整個預處理過程。
[0016] 后續(xù)根據(jù)M0CVD生產(chǎn)方法量產(chǎn)外延層結(jié)構(gòu)，其生長方法與現(xiàn)有技術(shù)一致，在此不 再贅述。
[0017] 這樣能在隨后的GaN外延生長中，引入與原有背景電子濃度基本一致的背景Mg濃 度，中和過高的背景電子濃度，同時，不會引入其他的背景雜質(zhì)，使腔體內(nèi)的環(huán)境與維護前 一致。從而有效提商GaN外延層的電阻值，提商其電阻特性。
[0018] 結(jié)合圖說明書附圖，圖1-圖4,分別對采用本發(fā)明的方法得到的外延結(jié)構(gòu)及不采 用本方法的外延結(jié)構(gòu)所作出的ESD性能測試，充分的顯示了采用該方法量產(chǎn)的具有高電阻 特性的GaN外延結(jié)構(gòu)能有效提高其外延層抗靜電能力，從而達到獲得高光電特性及良率的 GaN外延結(jié)構(gòu)器件。
[0019] 本發(fā)明尚有多種具體的實施方式，凡采用等同替換或者等效變換而形成的所有技 術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于提高GaN外延層高電阻特性的預處理方法，其特征在于：包括如下步驟： 步驟一、在進行外延層生長之前，將一石墨盤預先放置于MOCVD反應腔內(nèi)，在石墨盤上 放置用于保護石墨盤晶圓凹槽的藍寶石襯底，升溫； 步驟二、反應腔氮化處理：當反應腔溫度升溫至1200°C -1400°C時，通入N2進行反應腔 的氮化處理； 步驟三、TMGa涂層處理：當溫度下降至900°C -1KKTC之間，通入TMGa反應源，進行 TMGa涂層處理，反應室壓力控制在200Torr -500Torr，通入TMGa反應源的流量在300sccm -900sccm，V/ III比控制在300-3000,持續(xù)時間在3-7小時； 步驟四、Mg涂層處理：將溫度繼續(xù)下降至700°C _900°C之間，反應室壓力控制在 200Torr到500Torr之間，控制通入TMGa反應源流量在lOsccm -500sccm，通入Cp2Mg流量 在500sccm-2000sccm之間，V/ III比控制在300-30000,持續(xù)時間1-5小時； 步驟五、冷卻降溫，取出石墨盤上的藍寶石襯底，即完成整個預處理過程。
【文檔編號】H01L21/336GK104217958SQ201310492185
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】南琦, 吳岳, 傅華, 王輝, 潘磊, 蔡金 申請人:蘇州新納晶光電有限公司