一種三級(jí)管用外延片及其制備方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種三級(jí)管用外延片及其制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種三極管用外延片及其制備方法，特別涉及一種使用圖像化藍(lán)寶石襯底的三極管用外延片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003]目前用于三極管的外延片的襯底主要有兩種，即藍(lán)寶石襯底和碳化硅襯底。但由于碳化硅的價(jià)格昂貴，故藍(lán)寶石襯底的使用更為廣泛?，F(xiàn)有技術(shù)中普遍使用的平片狀藍(lán)寶石襯底由于其位錯(cuò)密度較高，制成的三極管電子器件漏電流較高、易擊穿。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種三級(jí)管用外延片及其制備方法，由其制成的三極管電子器件漏電較低、擊穿電壓較高、壽命較長(zhǎng)。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種三級(jí)管用外延片，包括依次層疊的襯底、GaN成核層、GaN緩沖層、GaN溝道層、InAIN本征層、GaN蓋層，所述襯底為圖形化藍(lán)寶石襯底，所述GaN成核層為C摻雜的GaN成核層，所述GaN緩沖層為C摻雜的GaN緩沖層。
[0006]優(yōu)選地，所述圖形化藍(lán)寶石襯底的圖形高度、寬度、間隙分別為1.6μπι、2.4μπι、
0.6 μm，或分別為 1.7 μηι、2.6 μπι、0.4 μm，或分別為 1.2 μπι、1.8 μπι、0.1 μπι。
[0007]優(yōu)選地，所述GaN成核層的厚度為20~50nm;所述GaN緩沖層的厚度為2~3 μ m;所述GaN溝道層的厚度為80~150nm;所述InAIN本征層的厚度為6~15nm;所述GaN蓋層的厚度為l~2nm。
[0008]優(yōu)選地，所述GaN成核層和所述GaN緩沖層所采用的C的摻雜源為CC1 4或C 2H2。
[0009]優(yōu)選地，所述InAIN本征層中In的摩爾百分含量為20~30%。
[0010]本發(fā)明采用的又一技術(shù)方案為:
一種如上所述的三級(jí)管用外延片的制備方法，包括如下步驟:
A將圖形化藍(lán)寶石襯底在1050~1100°C的!12氛圍下高溫凈化5~10min;
8在Η 2氛圍下將步驟A凈化后的襯底降溫至500~600°C，在襯底上生長(zhǎng)C摻雜的GaN成核層；
C溫度升高至1040~1080°C，在所述GaN成核層上生長(zhǎng)C摻雜的GaN緩沖層；
D在1000~1050°C的溫度下，在所述GaN緩沖層上生長(zhǎng)GaN溝道層；
E在所述GaN溝道層上生長(zhǎng)InAIN本征層；
F在所述InAIN本征層上生長(zhǎng)GaN蓋層。
[0011]優(yōu)選地，步驟B中，采用M0CVD工藝在所述襯底上生長(zhǎng)所述GaN成核層。
[0012]優(yōu)選地，所述GaN緩沖層為C摻雜的GaN緩沖層，所述GaN緩沖層的生長(zhǎng)壓力為30~50mbar。
[0013]優(yōu)選地，所述InAIN本征層、GaN蓋層的生長(zhǎng)壓力均為50~70mbar或70~100mbar或 100~133mbar 或 133~166mbar 或 166~200mbar。
[0014]優(yōu)選地，所述InAIN本征層、GaN蓋層的生長(zhǎng)溫度均為980~1000°C或1000~1020°C或 1020~1050°C 或 1050~1080°Co
[0015]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn):在圖形化藍(lán)寶石襯底生長(zhǎng)摻C的GaN成核層和摻C的GaN緩沖層制成了更高晶體質(zhì)量的半絕緣GaN，所制成的三極管外延片晶體質(zhì)量更好，相較常規(guī)平片藍(lán)寶石襯底制作的三極管用外延片，位錯(cuò)密度由lE9cm3降低至lE8cm 3，且用此外延片制作的三極管電子器件漏電流較低，擊穿電壓較高，壽命較長(zhǎng)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
圖1為本發(fā)明的三級(jí)管用外延片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]上述附圖中，1、襯底；2、GaN成核層；3、GaN緩沖層；4、外延結(jié)構(gòu)層；41、GaN溝道層；42、InAIN本征層；43、GaN蓋層。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解。
[0019]圖1所示為本發(fā)明的一種三級(jí)管用外延片。結(jié)合圖1所示，該三級(jí)管用外延片包括依次層疊的襯底1、GaN成核層2、GaN緩沖層3、GaN溝道層41、InAIN本征層42、GaN蓋層43。
[0020]所述襯底1為圖形化藍(lán)寶石襯底(PSS)l。圖形化藍(lán)寶石襯底1的圖形高度、寬度、間隙分別為1.6 μπι、2.4 μπκΟ.6 μπι;或，圖形化藍(lán)寶石襯底1的圖形高度、寬度、間隙分別為1.7 μηι、2.6 μπκΟ.4 μπι;或，圖形化藍(lán)寶石襯底1的圖形高度、寬度、間隙分別為1.2 μπι、1.8 μm>0.1 μmD
[0021 ] 成核層2為C摻雜的GaN成核層2，GaN緩沖層3為C摻雜的GaN緩沖層3。GaN成核層2和GaN緩沖層3都是用了 C摻雜，共同作為三級(jí)管用外延片的絕緣層，與圖像化藍(lán)寶石襯底1構(gòu)成半絕緣GaN。GaN成核層2的厚度為20~50nm，GaN緩沖層3的厚度為2~3 μ m。GaN成核層2和所述GaN緩沖層3所采用的C的摻雜源為CC1 4或C 2H2。
[0022]溝道層41、InAIN本征層42、GaN蓋層43形成三級(jí)管用外延片的外延結(jié)構(gòu)層4。其中，GaN溝道層41的厚度為80~150nm，InAIN本征層42的厚度為6~15nm，GaN蓋層43的厚度為l~2nm。InAIN本征層42中In的摩爾百分含量為20~30%。
[0023]一種上述三級(jí)管用外延片的制備方法，包括如下步驟:
A、提供圖形化藍(lán)寶石襯底1，將圖形化藍(lán)寶石襯底1在1050~1100°(:的H2氛圍下高溫凈化 5~10min;
B、在H2氛圍下將步驟A凈化后的圖形化藍(lán)寶石襯底1降溫至500~600°C，在圖形化藍(lán)寶石襯底1上生長(zhǎng)GaN成核層2;
C、溫度升高至1040~1080°C，在所述GaN成核層2上生長(zhǎng)GaN緩沖層3;
D、在1000~1050°C的溫度下，在所述GaN緩沖層3上生長(zhǎng)非摻雜的GaN溝道層41，GaN溝道層41覆蓋于GaN緩沖層3之上；
E、在所述GaN溝道層41上生長(zhǎng)InAIN本征層42，InAIN本征層42如鈣于GaN溝道層41之上；
F、在所述InAIN本征層42上生長(zhǎng)GaN蓋層43，GaN蓋層43覆蓋于InAIN本征層42之上。
[0024]步驟B中，采用M0CVD工藝(即金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀工藝，Metal-organicChemical Vapor Deposit1n )在所述襯底1上生長(zhǎng)所述GaN成核層2。
[0025]步驟C中，所述GaN緩沖層3的生長(zhǎng)壓力為30~50mbar。
[0026]在生長(zhǎng)外延結(jié)構(gòu)層4的步驟E、F中，InAIN本征層42、GaN蓋層43的生長(zhǎng)壓力均為50~70mbar;或，InAIN本征層42、GaN蓋層43的生長(zhǎng)壓力均為70~100mbar;或，InAIN本征層42、GaN蓋層43的生長(zhǎng)壓力均為100~133mbar;或，InAIN本征層42、GaN蓋層43的生長(zhǎng)壓力均為133~166mbar;或，InAIN本征層42、GaN蓋層43的生長(zhǎng)壓力均為166~200mbar。
[0027]本征層42、GaN蓋層43的生長(zhǎng)溫度均為980~1000°C ;或，InAIN本征層42、GaN蓋層43的生長(zhǎng)溫度均為1000~1020°C ;或，InAIN本征層42、GaN蓋層43的生長(zhǎng)溫度均為1020~1050°C ;或，InAIN本征層42、GaN蓋層43的生長(zhǎng)溫度均為1050~1080°C。
[0028]相比平片藍(lán)寶石襯底制成的三極管外延片，本發(fā)明在圖像化藍(lán)寶石襯底上沉積摻C的GaN成核層和摻C的GaN緩沖層構(gòu)成半絕緣GaN，在此基礎(chǔ)上制成的三極管外延片的位錯(cuò)密度由現(xiàn)有技術(shù)中的lE9cm 3降低至lE8cm 3。
[0029]上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，是一種優(yōu)選的實(shí)施例，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三級(jí)管用外延片，包括依次層疊的襯底、GaN成核層、GaN緩沖層、GaN溝道層、InAIN本征層、GaN蓋層，其特征在于:所述襯底為圖形化藍(lán)寶石襯底，所述GaN成核層為C摻雜的GaN成核層，所述GaN緩沖層為C摻雜的GaN緩沖層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于:所述圖形化藍(lán)寶石襯底的圖形高度、寬度、間隙分別為1.6 μηι、2.4 μπι、0.6 μπι，或分別為1.7 μηι、2.6 μπι、0.4 μπι，或分別為1.2 μ m、1.8 μ m、0.1 μ m。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于:所述GaN成核層的厚度為20~50nm;戶(hù)斤述GaN緩沖層的厚度為2~3 μ m ;所述GaN溝道層的厚度為80~150nm ;所述InAIN本征層的厚度為6~15nm ;所述GaN蓋層的厚度為l~2nm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于:所述GaN成核層和所述GaN緩沖層所采用的C的摻雜源為0:14或C 2H2。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的外延片，其特征在于:所述InAIN本征層中In的摩爾百分含量為 20~30%。6.一種如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的三級(jí)管用外延片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: A將圖形化藍(lán)寶石襯底在1050~1100°C的比氛圍下高溫凈化5~10min ; B將步驟A凈化后的襯底降溫至500~600°C，在襯底上生長(zhǎng)C摻雜的GaN成核層； C在H2氛圍下溫度升高至1040~1080°C，在所述GaN成核層上生長(zhǎng)C摻雜的GaN緩沖層； D在1000~1050°C的溫度下，在所述GaN緩沖層上生長(zhǎng)GaN溝道層； E在所述GaN溝道層上生長(zhǎng)InAIN本征層； F在所述InAIN本征層上生長(zhǎng)GaN蓋層。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟B中，采用MOCVD工藝在所述襯底上生長(zhǎng)所述GaN成核層。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述GaN緩沖層的生長(zhǎng)壓力為30?50mbar。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述InAIN本征層、GaN蓋層的生長(zhǎng)壓力均為50~200mbar。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述InAIN本征層、GaN蓋層的生長(zhǎng)溫度均為 980~1000°C或 1000~1020°C或 1020~1050°C或 1050~1080°C。
【專(zhuān)利摘要】<b>本發(fā)明提供一種三級(jí)管用外延片及其制備方法，由其制成的三極管電子器件漏電更低、擊穿電壓更高、壽命更長(zhǎng)。一種三級(jí)管用外延片，包括依次層疊的襯底、</b><b>GaN</b><b>成核層、</b><b>GaN</b><b>緩沖層、</b><b>GaN</b><b>溝道層、</b><b>InAlN</b><b>本征層、</b><b>GaN</b><b>蓋層，所述襯底為圖形化藍(lán)寶石襯底，所述</b><b>GaN</b><b>成核層為</b><b>C</b><b>摻雜的</b><b>GaN</b><b>成核層，所述</b><b>GaN</b><b>緩沖層為</b><b>C</b><b>摻雜的</b><b>GaN</b><b>緩沖層。</b>
【IPC分類(lèi)】H01L29/20, H01L21/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105405872
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510727930
【發(fā)明人】王東盛, 苗操, 李亦衡, 魏鴻源, 嚴(yán)文勝, 張葶葶, 朱廷剛
【申請(qǐng)人】江蘇能華微電子科技發(fā)展有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年10月30日